JPWO2005062434A1 - Surface emitting laser and laser projection apparatus - Google Patents

Surface emitting laser and laser projection apparatus Download PDF

Info

Publication number
JPWO2005062434A1
JPWO2005062434A1 JP2005516491A JP2005516491A JPWO2005062434A1 JP WO2005062434 A1 JPWO2005062434 A1 JP WO2005062434A1 JP 2005516491 A JP2005516491 A JP 2005516491A JP 2005516491 A JP2005516491 A JP 2005516491A JP WO2005062434 A1 JPWO2005062434 A1 JP WO2005062434A1
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
laser
surface emitting
emitting laser
active layer
electrode
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2005516491A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP4680065B2 (en
Inventor
水内 公典
公典 水内
研一 笠澄
研一 笠澄
森川 顕洋
顕洋 森川
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Panasonic Corp
Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Panasonic Corp
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Panasonic Corp, Matsushita Electric Industrial Co Ltd filed Critical Panasonic Corp
Publication of JPWO2005062434A1 publication Critical patent/JPWO2005062434A1/en
Application granted granted Critical
Publication of JP4680065B2 publication Critical patent/JP4680065B2/en
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/04Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping, e.g. by electron beams
    • H01S5/042Electrical excitation ; Circuits therefor
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/10Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
    • H01S5/18Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities
    • H01S5/183Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities having only vertical cavities, e.g. vertical cavity surface-emitting lasers [VCSEL]
    • H01S5/18386Details of the emission surface for influencing the near- or far-field, e.g. a grating on the surface
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/10Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
    • H01S5/14External cavity lasers
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/40Arrangement of two or more semiconductor lasers, not provided for in groups H01S5/02 - H01S5/30
    • H01S5/42Arrays of surface emitting lasers
    • H01S5/423Arrays of surface emitting lasers having a vertical cavity
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S2301/00Functional characteristics
    • H01S2301/16Semiconductor lasers with special structural design to influence the modes, e.g. specific multimode
    • H01S2301/166Single transverse or lateral mode
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/10Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating
    • H01S3/106Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating by controlling devices placed within the cavity
    • H01S3/108Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating by controlling devices placed within the cavity using non-linear optical devices, e.g. exhibiting Brillouin or Raman scattering
    • H01S3/109Frequency multiplication, e.g. harmonic generation
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/02Structural details or components not essential to laser action
    • H01S5/024Arrangements for thermal management
    • H01S5/02469Passive cooling, e.g. where heat is removed by the housing as a whole or by a heat pipe without any active cooling element like a TEC
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/04Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping, e.g. by electron beams
    • H01S5/042Electrical excitation ; Circuits therefor
    • H01S5/0421Electrical excitation ; Circuits therefor characterised by the semiconducting contacting layers
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/04Processes or apparatus for excitation, e.g. pumping, e.g. by electron beams
    • H01S5/042Electrical excitation ; Circuits therefor
    • H01S5/0425Electrodes, e.g. characterised by the structure
    • H01S5/04254Electrodes, e.g. characterised by the structure characterised by the shape
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/06Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium
    • H01S5/065Mode locking; Mode suppression; Mode selection ; Self pulsating
    • H01S5/0651Mode control
    • H01S5/0653Mode suppression, e.g. specific multimode
    • H01S5/0655Single transverse or lateral mode emission
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/10Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
    • H01S5/18Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities
    • H01S5/183Surface-emitting [SE] lasers, e.g. having both horizontal and vertical cavities having only vertical cavities, e.g. vertical cavity surface-emitting lasers [VCSEL]
    • H01S5/18386Details of the emission surface for influencing the near- or far-field, e.g. a grating on the surface
    • H01S5/18391Aperiodic structuring to influence the near- or far-field distribution
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/20Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers
    • H01S5/2054Methods of obtaining the confinement
    • H01S5/2081Methods of obtaining the confinement using special etching techniques
    • H01S5/2086Methods of obtaining the confinement using special etching techniques lateral etch control, e.g. mask induced
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01SDEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00Semiconductor lasers
    • H01S5/40Arrangement of two or more semiconductor lasers, not provided for in groups H01S5/02 - H01S5/30
    • H01S5/4025Array arrangements, e.g. constituted by discrete laser diodes or laser bar
    • H01S5/4031Edge-emitting structures
    • H01S5/4062Edge-emitting structures with an external cavity or using internal filters, e.g. Talbot filters

Abstract

本発明は、半導体基板(2a)上に形成された活性層(3)と、前記活性層(3)にキャリアを注入する一対の上部電極(5)及び下部電極(6)とを有する面発光レーザ(100a)において、該下部電極(6)の平面形状を、該下部電極(6)から前記活性層(3)への電流の注入が、該下部電極(6)の中心部分では高い電流密度で、その周辺部分では低い電流密度で行われるよう星型形状としたものである。この面発光レーザ(100a)では、面発光レーザの活性層に注入するキャリアの密度分布が、活性層内での光のパワー分布に応じた分布となり、これにより、活性層の、電極周辺部に対応する領域での電流密度の増大によるホールバーニングの発生を回避して、高出力時の横モード安定性を大幅に増大させて高出力特性の向上を図ることができる。The present invention provides a surface emitting light having an active layer (3) formed on a semiconductor substrate (2a), and a pair of upper electrode (5) and lower electrode (6) for injecting carriers into the active layer (3). In the laser (100a), the planar shape of the lower electrode (6) is such that current injection from the lower electrode (6) to the active layer (3) is high in the central portion of the lower electrode (6). In the surrounding area, a star shape is formed so as to be performed at a low current density. In this surface-emitting laser (100a), the density distribution of carriers injected into the active layer of the surface-emitting laser becomes a distribution according to the light power distribution in the active layer. The occurrence of hole burning due to the increase in current density in the corresponding region can be avoided, and the lateral mode stability at the time of high output can be greatly increased to improve the high output characteristics.

Description

本発明は、面発光レーザおよびレーザ投射装置に関し、特に、安定して高出力で動作する面発光レーザ、およびこれを光源として用いたレーザ投射装置に関するものである。  The present invention relates to a surface emitting laser and a laser projection device, and more particularly to a surface emitting laser that operates stably at a high output and a laser projection device using the surface emitting laser as a light source.

面発光レーザは、低しきい値でレーザ発振を行う、優れたビーム品質をもつ半導体レーザであり、出力光を高速で変調可能であるという変調特性を利用した光通信分野への応用が実現されている。しかしながら、面発光レーザの課題として高出力化が難しいという問題があった。  Surface-emitting lasers are semiconductor lasers that perform laser oscillation at a low threshold and have excellent beam quality, and can be applied to the optical communication field using modulation characteristics that output light can be modulated at high speed. ing. However, there is a problem that it is difficult to increase the output as a problem of the surface emitting laser.

面発光レーザは、薄膜により構成されているため、その構造上、共振器長が非常に短い。このため、共振器長を増大して十分な利得を得ることは難しい。  Since the surface emitting laser is composed of a thin film, the resonator length is very short due to its structure. For this reason, it is difficult to increase the resonator length to obtain a sufficient gain.

一方、面発光レーザの駆動電流を増大して高出力化を図ることも考えられるが、面発光レーザでは、活性層内のキャリア密度が高すぎる場合、空間的ホールバーニングによる利得飽和により光出力が飽和して、高光出力動作が阻害される。  On the other hand, it is conceivable to increase the driving current of the surface emitting laser to increase the output, but in the surface emitting laser, when the carrier density in the active layer is too high, the light output is increased due to gain saturation due to spatial hole burning. Saturation impedes high light output operation.

このようなことから、共振器長を増大したり駆動電流を増大したりすることなく面発光レーザの高出力化を図るには、面発光レーザにおけるビーム断面積を増大させることが有効であると考えられる。  For this reason, it is effective to increase the beam cross-sectional area of the surface-emitting laser in order to increase the output of the surface-emitting laser without increasing the resonator length or driving current. Conceivable.

ところが、このような共振器長の短い構造の面発光レーザでは、レーザの高出力化を図るためにビーム断面積を増大させると、共振器内での横モードがマルチモード化してしまい、ビーム品質や発振効率を著しく低下させるという問題が生じていた。  However, in such a surface emitting laser with a short resonator length, if the beam cross-sectional area is increased in order to increase the output of the laser, the transverse mode in the resonator becomes multimode, and the beam quality is increased. In addition, there has been a problem that the oscillation efficiency is remarkably lowered.

これに対して、このようなビーム品質や発振効率の低下をなくするようにした面発光レーザはすでに開発されており、例えば、特許文献1には、面発光レーザにおいて、横モードのマルチ化を抑えつつ、ビーム断面積を増大させたものが開示されている。  On the other hand, surface emitting lasers that have eliminated such beam quality and oscillation efficiency degradation have already been developed. For example, Patent Document 1 discloses that the surface emitting lasers have multiple transverse modes. An increase in beam cross-sectional area while suppressing is disclosed.

図14は、特許文献1に開示の面発光レーザを説明する図であり、図14(a)はその断面構造,図14(b)はその下部電極の形状を示しており、また、図14(c)は、この面発光レーザの活性層の、下部電極に対向する領域での光の強度分布を示している。  14A and 14B are diagrams for explaining the surface emitting laser disclosed in Patent Document 1. FIG. 14A shows the cross-sectional structure, FIG. 14B shows the shape of the lower electrode, and FIG. (C) shows the light intensity distribution in the region facing the lower electrode of the active layer of this surface emitting laser.

図14(a)に示す面発光レーザ200は、半導体基板2と、該半導体基板2の一方の面に形成された活性層3と、該活性層3上に形成された反射層4とを有している。ここで、該反射層4は、屈折率の異なる材料4a及び4bを交互に積層してなる分散型ブラック反射層であり、以下、DBR(Distributed Bragg Reflector)層ともいう。また、上記面発光レーザ200は、上記DBR層4の表面上に形成された円形の下部電極600と、上記基板2のもう一方の面上に該下部電極600に対向する領域を囲むよう形成された、リング形状の上部電極5とを有している。  A surface emitting laser 200 shown in FIG. 14A has a semiconductor substrate 2, an active layer 3 formed on one surface of the semiconductor substrate 2, and a reflective layer 4 formed on the active layer 3. is doing. Here, the reflective layer 4 is a dispersive black reflective layer formed by alternately laminating materials 4a and 4b having different refractive indexes, and is hereinafter also referred to as a DBR (Distributed Bragg Reflector) layer. The surface emitting laser 200 is formed so as to surround a circular lower electrode 600 formed on the surface of the DBR layer 4 and a region facing the lower electrode 600 on the other surface of the substrate 2. And an upper electrode 5 having a ring shape.

また、この面発光レーザ200は、上記表面電極5の上方に、その内側の基板表面に対向するよう配置された外部ミラー1を有しており、この面発光レーザ200では、DBR層4と外部ミラー1とにより、活性層3で発生した光をレーザ発振が生ずるよう増幅する共振器が構成されている。ここで、DBR層4は全反射層であり、外部ミラー1は一部透過ミラーである。
次に動作について説明する。
The surface-emitting laser 200 has an external mirror 1 disposed above the surface electrode 5 so as to face the inner substrate surface. In the surface-emitting laser 200, the DBR layer 4 and an external The mirror 1 constitutes a resonator that amplifies the light generated in the active layer 3 so that laser oscillation occurs. Here, the DBR layer 4 is a total reflection layer, and the external mirror 1 is a partially transmissive mirror.
Next, the operation will be described.

この面発光レーザ200では、上部電極5及び下部電極600の間に駆動電圧が印加され、活性層3内に電流が注入されると、活性層3内では光が発生し、発生した光は共振器により増幅される。そして、この注入電流の大きさが一定値、つまりレーザ発振閾値より大きくなると、共振器内でレーザ発振が生じ、レーザ光8が外部ミラー1を介して外部に出射される。このとき、レーザ光8は、面発光され、レーザ光の出射方向は、基板2の表面に対して垂直な方向となっている。  In the surface emitting laser 200, when a driving voltage is applied between the upper electrode 5 and the lower electrode 600 and a current is injected into the active layer 3, light is generated in the active layer 3, and the generated light is resonant. Amplified by the instrument. When the magnitude of the injection current becomes a certain value, that is, larger than the laser oscillation threshold, laser oscillation occurs in the resonator, and the laser beam 8 is emitted to the outside via the external mirror 1. At this time, the laser light 8 is surface-emitted, and the emission direction of the laser light is a direction perpendicular to the surface of the substrate 2.

このように上記特許文献1に開示の面発光レーザでは、共振器を構成する一方のミラーを外部ミラー1として基板から離間して配置して、共振器長の増大を図っている。つまり、このような外部ミラー1を用いることにより、ビーム断面積が大きい値のものとなっても、共振モードをシングル化することが可能となり、高出力特性を実現している。  As described above, in the surface emitting laser disclosed in Patent Document 1, one of the mirrors constituting the resonator is arranged as an external mirror 1 apart from the substrate to increase the resonator length. That is, by using such an external mirror 1, even if the beam cross-sectional area has a large value, the resonance mode can be made single, and high output characteristics are realized.

また、特許文献2には、面発光レーザにおいて活性層内のキャリア密度を均一化する電極構造が開示されている。  Patent Document 2 discloses an electrode structure for making the carrier density in the active layer uniform in a surface emitting laser.

この特許文献2に開示されている面発光レーザでは、裏面電極を複数に分割することにより、活性層内へ注入する電流の分布を制御可能とし、これにより大口径の面発光レーザを実現している。
米国特許第6404797号明細書 特開平11−233889号公報
In the surface emitting laser disclosed in Patent Document 2, the distribution of the current injected into the active layer can be controlled by dividing the back electrode into a plurality of parts, thereby realizing a large surface emitting laser. Yes.
US Pat. No. 6,404,797 Japanese Patent Laid-Open No. 11-233889

しかしながら、特許文献1に開示の面発光レーザ200では、高出力特性を実現する上で、活性層内におけるキャリア密度分布が問題となる。つまり、この文献記載の面発光レーザ200では、活性層3の、下部電極600に対応する領域での光の強度分布は、図14(c)に示すように、ガウス分布に近い分布となり、活性層の発光中心部分で光強度Lpがピークとなっている。一方、面発光レーザ200の活性層3の、下部電極600に対応する領域では、その中心部とその周辺部とでは光強度分布に大きな偏りがあるにもかかわらず、活性層3内に注入されるキャリア密度Cdは一様である。このため、活性層3の下部電極600に対応する領域の中心部の周辺部分では、活性層内に存在するキャリアの密度が大きく、キャリアが過剰な状態となっており、一方、上記領域の中心部分では、キャリア不足の状態が生じている。このようなキャリアの不均一な分布により、活性層3では屈折率分布が発生し、共振モードがマルチ化してしまうこととなる。さらに、利得飽和の発生も懸念される。  However, in the surface emitting laser 200 disclosed in Patent Document 1, the carrier density distribution in the active layer becomes a problem when realizing high output characteristics. That is, in the surface emitting laser 200 described in this document, the light intensity distribution in the region corresponding to the lower electrode 600 of the active layer 3 is a distribution close to a Gaussian distribution as shown in FIG. The light intensity Lp has a peak at the light emission center portion of the layer. On the other hand, in the region corresponding to the lower electrode 600 in the active layer 3 of the surface emitting laser 200, the light is not injected into the active layer 3 even though there is a large deviation in the light intensity distribution between the central portion and the peripheral portion. The carrier density Cd is uniform. For this reason, the density of carriers existing in the active layer is large in the peripheral portion of the central portion of the region corresponding to the lower electrode 600 of the active layer 3, and the carrier is in an excessive state. In the part, there is a shortage of carriers. Due to such a non-uniform distribution of carriers, a refractive index distribution is generated in the active layer 3 and the resonance mode becomes multi-dimensional. Furthermore, there is a concern about the occurrence of gain saturation.

この現象は、AlGaAs系半導体材料(AlGa1−xAs(0≦x≦1))からなる赤外半導体レーザや、AlGaInP系半導体材料(AlGaIn1−x−yP(0≦x≦1、0≦y≦1))からなる赤色半導体レーザと比べて、利得飽和が生ずるしきいキャリア密度が極めて高く、なおかつ微分利得が高い窒化物系半導体レーザで特に顕著となる。This phenomenon is caused by an infrared semiconductor laser made of an AlGaAs-based semiconductor material (Al x Ga 1-x As (0 ≦ x ≦ 1)) or an AlGaInP-based semiconductor material (Al x Ga y In 1-xy P (0 Compared with a red semiconductor laser having a relation of ≦ x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1)), this is particularly remarkable in a nitride semiconductor laser having a very high threshold carrier density and high differential gain.

また、特許文献2に開示の面発光レーザでは、複数の電極を分割する部分の抵抗分離層により、活性層に注入される電流にロスが生じて効率が低下するという問題がある。  In addition, the surface emitting laser disclosed in Patent Document 2 has a problem in that efficiency is lowered due to a loss in current injected into the active layer due to a portion of the resistance separation layer that divides a plurality of electrodes.

本発明は、上記のような従来の問題点を解決したものであり、安定した横モードでレーザ発振を行うことができ、しかも活性層への電流注入を効率よく行うことができる高出力の面発光レーザ、並びにこのような高出力の面発光レーザを光源として用いたレーザ投射装置を提供することを目的とする。  The present invention solves the conventional problems as described above, and can perform laser oscillation in a stable transverse mode, and can efficiently inject current into an active layer. It is an object of the present invention to provide a light emitting laser and a laser projection apparatus using such a high output surface emitting laser as a light source.

上記課題を解決するために、本発明の請求項1に記載の面発光レーザは、レーザ光の面発光を行う面発光レーザであって、半導体基板上に形成された活性層と、前記活性層にキャリアを注入する一対の電極とを有し、前記一対の電極は、その一方が1つの電極層からなり、該一方の電極から前記活性層への電流の注入を、該一方の電極の中心部分とその周辺部分とで異なる電流密度で行うものである、ことを特徴とするものである。  In order to solve the above-described problem, a surface emitting laser according to claim 1 of the present invention is a surface emitting laser that performs surface emission of laser light, and includes an active layer formed on a semiconductor substrate, and the active layer. A pair of electrodes for injecting carriers, and one of the pair of electrodes is composed of one electrode layer, and current injection from the one electrode to the active layer is performed at the center of the one electrode. This is performed at different current densities in the portion and the peripheral portion.

これにより、活性層内に注入されるキャリアの密度分布を、活性層内での光強度分布に合わせて調整して、活性層内でのキャリア分布を均一にすることができ、その結果、高出力時の横モード安定性が大幅に増大した、優れた高出力特性を有する面発光レーザを実現することができる。  As a result, the density distribution of carriers injected into the active layer can be adjusted in accordance with the light intensity distribution in the active layer, and the carrier distribution in the active layer can be made uniform. It is possible to realize a surface emitting laser having excellent high output characteristics, in which lateral mode stability during output is greatly increased.

本発明の請求項2に記載の面発光レーザは、請求項1記載の面発光レーザにおいて、前記半導体基板上に複数の半導体層を積層してなる、前記活性層を含む半導体層積層体を有し、前記電極層と前記半導体層積層体とが接触する面密度は、前記電極層の中心部分とその周辺部分とで異なる、ことを特徴とするものである。  A surface-emitting laser according to a second aspect of the present invention is the surface-emitting laser according to the first aspect, wherein the surface-emitting laser includes a semiconductor layer stack including the active layer formed by stacking a plurality of semiconductor layers on the semiconductor substrate. The surface density at which the electrode layer and the semiconductor layer laminate are in contact with each other is different between the central portion of the electrode layer and the peripheral portion thereof.

これにより、活性層内に注入されるキャリアの密度分布を、電極層と半導体層積層体とが接触する面積により調整することができ、光強度分布を有する活性層内でのキャリア分布の均一化を、電極層の形状を変えるなどの簡単な方法で実現することができる。  As a result, the density distribution of carriers injected into the active layer can be adjusted by the contact area between the electrode layer and the semiconductor layer stack, and the carrier distribution in the active layer having a light intensity distribution can be made uniform. Can be realized by a simple method such as changing the shape of the electrode layer.

本発明の請求項3に記載の面発光レーザは、請求項1記載の面発光レーザにおいて、前記一方の電極は、これを構成する電極層に複数の微小穴を、前記微小穴の占有密度が該一方の電極の中心部分とその周辺部分とで異なるよう形成したものである、ことを特徴とするものである。  A surface-emitting laser according to a third aspect of the present invention is the surface-emitting laser according to the first aspect, wherein the one electrode has a plurality of micro holes in an electrode layer constituting the one electrode, and the occupation density of the micro holes is The center portion of the one electrode and the peripheral portion thereof are formed differently.

これにより、活性層内に注入されるキャリアの密度分布を、電極層に形成する複数の微小穴の配置や微小穴の大きさを変えることにより調整することができ、光強度分布を有する活性層内でのキャリア分布の均一化を、電極層の構造の簡単な改変により実現することができる。しかも、半導体層上での電極層全体の広がりを大きくして、電極層からヒートシンクへの放熱効果をより高めることができ、より優れた高出力特性を有する面発光レーザを実現することができる。  Accordingly, the density distribution of carriers injected into the active layer can be adjusted by changing the arrangement of the micro holes formed in the electrode layer and the size of the micro holes, and the active layer having a light intensity distribution. Uniform carrier distribution can be realized by simple modification of the structure of the electrode layer. In addition, the spread of the entire electrode layer on the semiconductor layer can be increased to further enhance the heat dissipation effect from the electrode layer to the heat sink, and a surface emitting laser having more excellent high output characteristics can be realized.

本発明の請求項4に記載の面発光レーザは、請求項1記載の面発光レーザにおいて、前記一方の電極は、これを構成する電極層の抵抗値が該一方の電極の中心部分とその周辺部分とで異なる、ことを特徴とするものである。  A surface-emitting laser according to a fourth aspect of the present invention is the surface-emitting laser according to the first aspect, wherein the one electrode has a resistance value of an electrode layer constituting the one electrode and a central portion of the one electrode and its periphery. It is characterized by being different from the part.

これにより、電極層の材料や成分を変えて電極層の抵抗値を変えることにより、活性層に注入されるキャリアの密度分布を、活性層内での光強度分布に応じてより精密に調整することができる。  As a result, the density distribution of carriers injected into the active layer can be adjusted more precisely according to the light intensity distribution in the active layer by changing the electrode layer material and components to change the resistance value of the electrode layer. be able to.

本発明の請求項5に記載の面発光レーザは、請求項1記載の面発光レーザにおいて、前記半導体基板上に複数の半導体層を積層してなる、前記活性層を含む半導体層積層体と、該半導体層積層体と、前記一方の電極を構成する電極層との間に形成された抵抗層とを有し、前記抵抗層の抵抗値は、前記一方の電極の中心部に対応する部分とその周辺部に対応する部分とで異なる、ことを特徴とするものである。  The surface-emitting laser according to claim 5 of the present invention is the surface-emitting laser according to claim 1, wherein a semiconductor layer stack including the active layer, which is formed by stacking a plurality of semiconductor layers on the semiconductor substrate, A resistance layer formed between the semiconductor layer stack and an electrode layer constituting the one electrode, and a resistance value of the resistance layer is a portion corresponding to a central portion of the one electrode; It differs in the part corresponding to the peripheral part, It is characterized by the above-mentioned.

これにより、抵抗層の材料や成分を変えることにより、活性層に注入されるキャリアの密度分布を、活性層内での光強度分布に応じてより精密に調整することができる。  Thereby, the density distribution of carriers injected into the active layer can be adjusted more precisely according to the light intensity distribution in the active layer by changing the material and components of the resistance layer.

本発明の請求項6に記載の面発光レーザは、請求項1記載の面発光レーザにおいて、前記半導体基板上に複数の半導体層を積層してなる、前記活性層を含む半導体層積層体を有し、該活性層で発生した光をレーザ発振が生ずるよう増幅する共振器は、前記半導体層積層体に含まれる反射層と、該反射層と対向するよう該半導体層積層体から離間して配置した外部ミラーとからなる、ことを特徴とするものである。  A surface-emitting laser according to a sixth aspect of the present invention is the surface-emitting laser according to the first aspect, wherein the surface-emitting laser includes a semiconductor layer stack including the active layer formed by stacking a plurality of semiconductor layers on the semiconductor substrate. And a resonator for amplifying the light generated in the active layer so as to cause laser oscillation, and the reflective layer included in the semiconductor layer stack and the semiconductor layer stack so as to face the reflective layer It is characterized by comprising an external mirror.

これにより、面発光レーザにおける共振器長を大きくすることができ、共振器内の横モードがマルチモード化するのを抑えつつ、ビーム断面積を大きくすることができ、面発光レーザの高出力特性を飛躍的に向上させることができる。  As a result, the cavity length of the surface emitting laser can be increased, the cross-sectional area of the surface emitting laser can be increased while suppressing the transverse mode in the resonator from becoming multimode, and the high output characteristics of the surface emitting laser. Can be dramatically improved.

本発明の請求項7に記載の面発光レーザは、請求項6記載の面発光レーザにおいて、前記外部ミラーは、その両面を凹面形状とした一部透過ミラーである、ことを特徴とするものである。  The surface-emitting laser according to claim 7 of the present invention is the surface-emitting laser according to claim 6, wherein the external mirror is a partially transmissive mirror having concave surfaces on both sides. is there.

これにより、面発光レーザから面発光させるレーザ光の広がり角が大きくなり、面発光レーザを光ファイバなどに結合する光学系には、口径が大きく焦点距離の短い汎用タイプのレンズを用いることが可能となり、該光学系を、安価でしかも光路長の短いコンパクトなものとすることができる。  This increases the divergence angle of the surface emitting laser light from the surface emitting laser, and a general-purpose lens with a large aperture and a short focal length can be used for the optical system that couples the surface emitting laser to an optical fiber or the like. Thus, the optical system can be made compact with a low cost and a short optical path length.

本発明の請求項8に記載の面発光レーザは、請求項1記載の面発光レーザにおいて、前記半導体基板上に複数の半導体層を積層してなる、前記活性層を含む半導体層積層体を有し、該半導体層積層体は、前記活性層の近傍に配置され、該活性層内の過飽和キャリアを吸収する過飽和吸収体を含む、ことを特徴とするものである。  The surface-emitting laser according to claim 8 of the present invention is the surface-emitting laser according to claim 1, wherein the surface-emitting laser has a semiconductor layer stack including the active layer formed by stacking a plurality of semiconductor layers on the semiconductor substrate. The semiconductor layer stack includes a supersaturated absorber that is disposed in the vicinity of the active layer and absorbs supersaturated carriers in the active layer.

これにより、面発光レーザの発振状態を、過飽和キャリアを吸収する現象を利用した自励発振状態、つまり直流電流を流しているにもかかわらず、パルス状にレーザ光を放出する発振状態にすることができ、スペックルノイズを低減することができる。  As a result, the oscillation state of the surface emitting laser is changed to a self-excited oscillation state utilizing a phenomenon of absorbing supersaturated carriers, that is, an oscillation state in which laser light is emitted in a pulsed manner even though a direct current is flowing. Speckle noise can be reduced.

本発明の請求項9記載の面発光レーザは、請求項1記載の面発光レーザにおいて、面発光されたレーザ光の発振波長が、430〜455nmの範囲内の波長である、ことを特徴とするものである。  The surface-emitting laser according to claim 9 of the present invention is the surface-emitting laser according to claim 1, wherein the oscillation wavelength of the surface-emitting laser light is a wavelength within a range of 430 to 455 nm. Is.

これにより、必要パワーの低減による低消費電力化と、高い色再現性とを実現した青色面発光レーザを得ることができる。  Thereby, it is possible to obtain a blue surface emitting laser that realizes low power consumption by reducing required power and high color reproducibility.

本発明の請求項10記載の面発光レーザは、請求項1記載の面発光レーザにおいて、面発光されたレーザ光の発振波長が、630〜650nmの範囲内の波長である、ことを特徴とするものである。
これにより、高出力化を実現した赤色面発光レーザを得ることができる。
The surface-emitting laser according to claim 10 of the present invention is the surface-emitting laser according to claim 1, wherein the oscillation wavelength of the surface-emitting laser light is a wavelength in the range of 630 to 650 nm. Is.
Thereby, a red surface emitting laser realizing high output can be obtained.

本発明の請求項11記載の面発光レーザは、請求項1記載の面発光レーザにおいて、面発光されたレーザ光の発振波長が、510〜550nmの範囲内の波長である、ことを特徴とするものである。
これにより、高い信頼性を備えた緑色面発光レーザを実現することができる。
A surface-emitting laser according to an eleventh aspect of the present invention is the surface-emitting laser according to the first aspect, wherein the oscillation wavelength of the surface-emitting laser light is a wavelength within a range of 510 to 550 nm. Is.
Thereby, a green surface emitting laser with high reliability can be realized.

本発明の請求項12に記載の面発光レーザは、請求項6記載の面発光レーザにおいて、前記外部ミラーと前記活性層との間に配置された、レーザ光の波長を変換する非線形光学材料を有する、ことを特徴とするものである。
これにより、短波長光を発生可能な高出力のレーザ光源を実現することができる。
A surface-emitting laser according to a twelfth aspect of the present invention is the surface-emitting laser according to the sixth aspect, wherein a non-linear optical material that converts the wavelength of the laser light disposed between the external mirror and the active layer is used. It is characterized by having.
As a result, a high-power laser light source that can generate short-wavelength light can be realized.

本発明の請求項13記載の面発光レーザは、請求項1に記載の面発光レーザにおいて、前記半導体基板の表面上に複数の半導体層を積層してなる、前記活性層を含む半導体層積層体を有し、前記半導体基板は、その裏面の一部を前記活性層の表面近傍までエッチングして凹部を形成したものである、ことを特徴とするものである。  The surface-emitting laser according to claim 13 of the present invention is the surface-emitting laser according to claim 1, wherein the semiconductor layer stack includes the active layer formed by stacking a plurality of semiconductor layers on the surface of the semiconductor substrate. The semiconductor substrate is formed by etching a part of the back surface to the vicinity of the surface of the active layer to form a recess.

これにより半導体基板内でのレーザ光の吸収を低減することができ、高出力化を図ることができる。  As a result, the absorption of laser light in the semiconductor substrate can be reduced, and high output can be achieved.

本発明の請求項14記載の半導体レーザ装置は、レーザ光を出力する半導体レーザと、該半導体レーザからのレーザ光を波長変換する波長変換素子とを備えた半導体レーザ装置であって、前記半導体レーザは、請求項1記載の面発光レーザである、ことを特徴とするものである。  According to a fourteenth aspect of the present invention, there is provided a semiconductor laser device comprising: a semiconductor laser that outputs a laser beam; and a wavelength conversion element that converts the wavelength of the laser beam from the semiconductor laser. Is a surface emitting laser according to claim 1.

これにより、前記面発光レーザからのレーザ光を波長変換して出力する、短波長光を発生可能な高出力の半導体レーザ装置を実現することができる。  As a result, it is possible to realize a high-power semiconductor laser device capable of generating short-wavelength light, in which laser light from the surface-emitting laser is wavelength-converted and output.

本発明の請求項15記載のレーザモジュールは、複数の半導体レーザを一つのパッケージ内に集積化してなるレーザモジュールであって、前記各半導体レーザは、請求項1記載の面発光レーザである、ことを特徴とするものである。  A laser module according to claim 15 of the present invention is a laser module in which a plurality of semiconductor lasers are integrated in one package, and each of the semiconductor lasers is a surface emitting laser according to claim 1. It is characterized by.

これにより、RGB光源などの多波長光源を実現することができ、さらにこのような多波長光源と集光光学系を用いることで超小型のレーザ照射装置を実現することができる。  Thereby, a multi-wavelength light source such as an RGB light source can be realized, and an ultra-compact laser irradiation apparatus can be realized by using such a multi-wavelength light source and a condensing optical system.

本発明の請求項16記載のレーザモジュールは、請求項15記載のレーザモジュールにおいて、前記複数の半導体レーザは、前記各半導体レーザが、中心が前記パッケージの中心と一致した正多角形の頂点に位置するよう配置されている、ことを特徴とするものである。  The laser module according to a sixteenth aspect of the present invention is the laser module according to the fifteenth aspect, wherein each of the plurality of semiconductor lasers is positioned at a vertex of a regular polygon whose center coincides with the center of the package. It is arrange | positioned so that it may carry out.

これにより、パッケージ構造を単純化して低コスト化を図ることができるとともに、レーザモジュールの高出力化と長寿命化を実現することができる。  As a result, the package structure can be simplified and the cost can be reduced, and the output and life of the laser module can be increased.

本発明の請求項17記載のレーザ投射装置は、レーザ光を出力する半導体レーザと、該半導体レーザから出力されたレーザ光を投射する投射光学系とを備えたレーザ投射装置であって、上記半導体レーザは、請求項1記載の面発光レーザである、ことを特徴とするものである。  A laser projection apparatus according to claim 17 of the present invention is a laser projection apparatus comprising: a semiconductor laser that outputs laser light; and a projection optical system that projects the laser light output from the semiconductor laser. The laser is a surface emitting laser according to claim 1.

これにより、高出力時の横モード安定性が大幅に増大した、高出力化が可能な超小型のレーザ投射装置を実現することができる。  As a result, it is possible to realize an ultra-compact laser projection device capable of achieving high output, in which the lateral mode stability at high output is greatly increased.

本発明の請求項18記載のレーザ投射装置は、請求項17記載のレーザ投射装置において、前記面発光レーザは、縦モードスペクトルがマルチモードであるレーザ光を出射する、ことを特徴とするものである。  The laser projection device according to an eighteenth aspect of the present invention is the laser projection device according to the seventeenth aspect, wherein the surface emitting laser emits a laser beam having a longitudinal mode spectrum of multimode. is there.

これにより、レーザ光のコヒーレント性が低減することとなり、スペックルノイズの低減を図ることができる。  Thereby, the coherency of the laser light is reduced, and speckle noise can be reduced.

本発明の請求項19記載のレーザ投射装置は、請求項17記載のレーザ投射装置において、前記面発光レーザは、縦モードスペクトルの実質的な幅が1nm以上広がったレーザ光を出射する、ことを特徴とするものである。  According to a nineteenth aspect of the present invention, there is provided the laser projection device according to the seventeenth aspect, wherein the surface emitting laser emits a laser beam having a substantial width of a longitudinal mode spectrum of 1 nm or more. It is a feature.

これにより、スペックルノイズを大幅に低減したレーザ投射装置を実現することができる。  Thereby, it is possible to realize a laser projection apparatus in which speckle noise is greatly reduced.

本発明の請求項20記載の面発光レーザは、レーザ光の面発光を行う面発光レーザであって、半導体基板上に形成された活性層と、前記活性層にキャリアを注入する一対の電極とを有し、前記一対の電極の一方は、複数の電極部分に分割したものであり、該複数の電極部の少なくとも一つには、高周波成分を重畳したレーザ駆動電圧を印加する、ことを特徴とするものである。  A surface-emitting laser according to claim 20 of the present invention is a surface-emitting laser that performs surface emission of a laser beam, an active layer formed on a semiconductor substrate, and a pair of electrodes that inject carriers into the active layer; One of the pair of electrodes is divided into a plurality of electrode portions, and a laser drive voltage on which a high frequency component is superimposed is applied to at least one of the plurality of electrode portions. It is what.

これにより、各電極部に印加する駆動電圧により、各電極部から活性層に注入されるキャリアの密度を調整することが可能となり、面発光レーザ活性層内での光強度分布に拘わらず、活性層内でのキャリア密度を均一にして、高出力時の横モード安定性が大幅に増大した、優れた高出力特性を有する面発光レーザを実現することができる。また、電極部に高周波成分を重畳したレーザ駆動電圧を印加するので、レーザ発振の状態が変化してレーザ光の時間的なコヒーレント性が低下することとなり、これにより戻り光によるノイズを低減することができる。  This makes it possible to adjust the density of carriers injected from each electrode portion into the active layer by the drive voltage applied to each electrode portion, and the active voltage can be obtained regardless of the light intensity distribution in the surface emitting laser active layer. It is possible to realize a surface emitting laser having excellent high output characteristics in which the carrier density in the layer is made uniform and the transverse mode stability at high output is greatly increased. In addition, since a laser drive voltage with a high frequency component superimposed on the electrode is applied, the laser oscillation state changes and the temporal coherency of the laser light is reduced, thereby reducing noise caused by the return light. Can do.

本発明の請求項21に記載の面発光レーザは、請求項20記載の面発光レーザにおいて、前記分割された複数の電極部分は、レーザ光の発光中心の周りに実質的に均一に配置されている、ことを特徴とするものである。  The surface-emitting laser according to claim 21 of the present invention is the surface-emitting laser according to claim 20, wherein the plurality of divided electrode portions are arranged substantially uniformly around the emission center of the laser beam. It is characterized by that.

これにより、発光中心からの距離が等しい電極部に同じレベルの駆動電圧を印加することにより、簡単に、光強度分布の異なる活性層内でのキャリア密度を均一にすることが可能となる。  Thus, by applying the same level of driving voltage to the electrode portions having the same distance from the emission center, it is possible to easily make the carrier density uniform in the active layers having different light intensity distributions.

本発明の請求項22記載の面発光レーザは、請求項20記載の面発光レーザにおいて、前記各電極部分から活性層への電流の注入を、該活性層の発光中心に近い領域ほど電流密度が高くなるよう行う、ことを特徴とするものである。  The surface emitting laser according to claim 22 of the present invention is the surface emitting laser according to claim 20, wherein the current density from the electrode portions to the active layer is closer to the emission center of the active layer. It is characterized in that it is performed so as to be higher.

これにより、光強度のピークが発光中心に位置する光強度分布を有する活性層で、光強度分布に適した注入キャリアの密度分布を実現することができる。  Thereby, the density distribution of the injected carrier suitable for the light intensity distribution can be realized in the active layer having the light intensity distribution in which the peak of the light intensity is located at the emission center.

本発明の請求項23記載の面発光レーザは、請求項20記載の面発光レーザにおいて、前記複数の電極部分の少なくとも一つに、変調されたレーザ駆動電圧を印加する、ことを特徴とするものである。  The surface emitting laser according to claim 23 of the present invention is the surface emitting laser according to claim 20, wherein a modulated laser driving voltage is applied to at least one of the plurality of electrode portions. It is.

これにより、発振波長が変動するチャーピング現象を緩和しつつ、コヒーレント性の低下によりスペックルノイズを抑えることができる。  As a result, speckle noise can be suppressed by reducing coherency while alleviating the chirping phenomenon in which the oscillation wavelength varies.

本発明の請求項24記載の面発光レーザは、請求項20記載の面発光レーザにおいて、前記各電極部分が形成する各半導体レーザ部を、異なる注入電流で駆動する、ことを特徴とするものである。  A surface-emitting laser according to a twenty-fourth aspect of the present invention is the surface-emitting laser according to the twentieth aspect, wherein each semiconductor laser portion formed by each electrode portion is driven with a different injection current. is there.

これにより、各半導体レーザに対応する活性層では、光強度分布に対応したキャリア注入密度を実現することが可能となり、面発光レーザの高出力化を、空間的なホールバーニングを抑えつつ図ることができる。  As a result, in the active layer corresponding to each semiconductor laser, it becomes possible to realize a carrier injection density corresponding to the light intensity distribution, and to increase the output of the surface emitting laser while suppressing spatial hole burning. it can.

本発明の請求項25に記載の面発光レーザは、請求項20記載の面発光レーザにおいて、前記半導体基板の表面上に複数の半導体層を積層してなる、前記活性層を含む半導体層積層体を有し、前記半導体基板は、その裏面の一部を前記活性層の表面近傍までエッチングして凹部を形成したものである、ことを特徴とするものである。  The surface-emitting laser according to claim 25 of the present invention is the surface-emitting laser according to claim 20, wherein the semiconductor layer stack includes the active layer and is formed by stacking a plurality of semiconductor layers on the surface of the semiconductor substrate. The semiconductor substrate is formed by etching a part of the back surface to the vicinity of the surface of the active layer to form a recess.

これにより半導体基板内でのレーザ光の吸収を低減することができ、高出力化を図ることができる。  As a result, the absorption of laser light in the semiconductor substrate can be reduced, and high output can be achieved.

本発明によれば、面発光レーザにおいて、面発光レーザの活性層に注入するキャリアの密度分布を、活性層内での光のパワー分布に応じた分布とすることにより、活性層の、電極周辺部に対応する領域での電流密度の増大によるホールバーニングの発生を回避して、高出力時の横モード安定性を大幅に増大させて高出力特性の向上を図ることができる。  According to the present invention, in the surface-emitting laser, the density distribution of carriers injected into the active layer of the surface-emitting laser is made to be a distribution according to the light power distribution in the active layer. It is possible to avoid the occurrence of hole burning due to an increase in current density in the region corresponding to the portion, and to greatly increase the transverse mode stability at the time of high output, thereby improving the high output characteristics.

この結果、安定した横モードでレーザ発振を行うことができ、しかも活性層への電流注入を効率よく行うことができる高出力の面発光レーザ、並びにこのような高出力の面発光レーザを光源として用いたレーザ投射装置を得ることができる。  As a result, a high-power surface-emitting laser capable of performing laser oscillation in a stable transverse mode and efficiently injecting current into the active layer, and such a high-power surface-emitting laser as a light source. The laser projection apparatus used can be obtained.

図1は本発明の実施の形態1による面発光レーザを説明する図であり、その断面構造(図(a))、下部電極の形状(図(b))、および、活性層の発光領域での光強度分布(図(c))を示している。FIG. 1 is a diagram for explaining a surface emitting laser according to Embodiment 1 of the present invention. In the cross-sectional structure (FIG. (A)), the shape of a lower electrode (FIG. (B)), and the light emitting region of an active layer. 2 shows the light intensity distribution (FIG. 2C). 図2は上記実施の形態1の面発光レーザにおける下部電極形状の他の例(図(a)、図(b))を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing another example of the shape of the lower electrode in the surface emitting laser of the first embodiment (FIGS. (A) and (b)). 図3は上記実施の形態1の面発光レーザにおける下部電極構造の他の例(図(a)、図(b))を示す図である。FIG. 3 is a view showing another example (FIGS. (A) and (b)) of the lower electrode structure in the surface emitting laser according to the first embodiment. 図4は本発明の実施の形態2による面発光レーザを説明する図であり、その断面構造(図(a))、下部電極の形状(図(b))、および、活性層の発光領域での光強度分布(図(c))を示している。FIG. 4 is a diagram for explaining a surface emitting laser according to the second embodiment of the present invention. In the sectional structure (FIG. (A)), the shape of the lower electrode (FIG. (B)), and the light emitting region of the active layer. 2 shows the light intensity distribution (FIG. 2C). 図5は上記実施の形態2の面発光レーザの応用例を説明する平面図(図(a))及び断面図(図(b))である。FIG. 5 is a plan view (FIG. 5A) and a cross-sectional view (FIG. 5B) for explaining an application example of the surface emitting laser according to the second embodiment. 図6は本発明の実施の形態3によるレーザ投射装置を説明する図である。FIG. 6 is a diagram for explaining a laser projection apparatus according to Embodiment 3 of the present invention. 図7は本発明の実施の形態4による面発光レーザを説明する図である。FIG. 7 is a view for explaining a surface emitting laser according to Embodiment 4 of the present invention. 図8は本発明の実施の形態5によるレーザモジュールの一例を説明する側面図(図(a))及び平面図(図(b))である。FIG. 8 is a side view (FIG. (A)) and a plan view (FIG. (B)) for explaining an example of a laser module according to Embodiment 5 of the present invention. 図9は上記実施の形態5に係る面発光レーザの変形例を説明する側面図(図(a))及び平面図(図(b))である。FIG. 9 is a side view (FIG. (A)) and a plan view (FIG. (B)) for explaining a modification of the surface emitting laser according to the fifth embodiment. 図10は本発明の実施の形態6による半導体レーザ装置を説明する図である。FIG. 10 is a diagram for explaining a semiconductor laser device according to a sixth embodiment of the present invention. 図11は上記実施の形態6による半導体レーザ装置の変形例を説明する図である。FIG. 11 is a diagram for explaining a modification of the semiconductor laser device according to the sixth embodiment. 図12は本発明の実施の形態7によるレーザ投射装置に必要な波長と出力の関係を示す図である。FIG. 12 is a diagram showing the relationship between the wavelength and output required for the laser projection apparatus according to the seventh embodiment of the present invention. 図13は上記実施の形態7のレーザ投射装置の出力波長を説明する図であり、青色光源波長と必要な出力との関係を示している。FIG. 13 is a diagram for explaining the output wavelength of the laser projection apparatus of the seventh embodiment, and shows the relationship between the blue light source wavelength and the required output. 図14は従来の面発光レーザの一例を示す図である。FIG. 14 is a diagram showing an example of a conventional surface emitting laser.

符号の説明Explanation of symbols

1,10,21 外部ミラー
2,2a,22 半導体基板
3,23 活性層
4,24 DBR層
5,25 上部電極
6,6a,6b,26,60,600 下部電極
7a,7b,7c,7d 微細穴
8 レーザ光
9,29 凹部
11 絶縁膜
11a,11b,11c,12a,12b 穴
26a,60a 内側電極部
26b,60b 外側電極部
61 抵抗分離部
62 絶縁分離層
62a 分離層
100a,100b,100d、200 面発光レーザ
101,106 赤色面発光レーザ
101a,102a,103a,104a,105a,106a,107a リード端子
102,104,105 緑色面発光レーザ
103,107 青色面発光レーザ
110 半導体層積層体
120,160,160a 半導体レーザ装置
130,170 レーザ投影装置
132 レンズ
133 空間変調器
134 投影レンズ
135,173 スクリーン
150,150a レーザモジュール
151 ベース部材
161,161a 波長変換素子
172 投影光学系
1, 10, 21 External mirror 2, 2a, 22 Semiconductor substrate 3, 23 Active layer 4, 24 DBR layer 5, 25 Upper electrode 6, 6a, 6b, 26, 60, 600 Lower electrode 7a, 7b, 7c, 7d Fine Hole 8 Laser beam 9, 29 Recess 11 Insulating film 11a, 11b, 11c, 12a, 12b Hole 26a, 60a Inner electrode part 26b, 60b Outer electrode part 61 Resistance separating part 62 Insulating separating layer 62a Separating layer 100a, 100b, 100d, 200 Surface emitting laser 101, 106 Red surface emitting laser 101a, 102a, 103a, 104a, 105a, 106a, 107a Lead terminal 102, 104, 105 Green surface emitting laser 103, 107 Blue surface emitting laser 110 Semiconductor layer stack 120, 160 , 160a Semiconductor laser device 130, 170 Laser projection device 132 lens 133 spatial modulator 134 a projection lens 135,173 screen 150,150a laser module 151 based member 161,161a wavelength converting element 172 projection optical system

以下、図面を参照して本発明に係る実施形態を詳細に説明する。  Embodiments according to the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.

(実施の形態1)
図1は、本発明の実施の形態1による面発光レーザを説明する図であり、図1(a)はその断面構造を、図1(b)はその下部電極の形状を示し、図1(c)は、活性層の発光領域での光強度分布を示している。なお、図1中、図14と同一符号は、従来の面発光レーザにおけるものと同一のものである。
(Embodiment 1)
1A and 1B are diagrams for explaining a surface emitting laser according to Embodiment 1 of the present invention. FIG. 1A shows a sectional structure thereof, FIG. 1B shows a shape of a lower electrode thereof, and FIG. c) shows the light intensity distribution in the light emitting region of the active layer. In FIG. 1, the same reference numerals as those in FIG. 14 are the same as those in the conventional surface emitting laser.

この実施の形態1の面発光レーザ100aは、半導体基板2aの表面上に活性層3及び反射層4を積層してなる半導体層積層体110と、該反射層4上の所定領域に形成された下部電極6と、上記半導体基板2aの裏面側に形成された平面リング形状の上部電極5とを有している。  The surface emitting laser 100a according to the first embodiment is formed in a semiconductor layer stack 110 in which an active layer 3 and a reflective layer 4 are stacked on the surface of a semiconductor substrate 2a, and in a predetermined region on the reflective layer 4. A lower electrode 6 and a planar ring-shaped upper electrode 5 formed on the back side of the semiconductor substrate 2a are provided.

ここで、上記半導体基板はGaNを主成分とする窒素化合物からなり、上記活性層3はGaNを主体とする窒化物半導体からなる。上記反射層4は、上記活性層3上に屈折率の異なる材料4a及び4bを交互に積層してなる分散型ブラック反射層(以下、DBR層という。)である。  Here, the semiconductor substrate is made of a nitrogen compound mainly containing GaN, and the active layer 3 is made of a nitride semiconductor mainly containing GaN. The reflective layer 4 is a dispersive black reflective layer (hereinafter referred to as a DBR layer) formed by alternately laminating materials 4 a and 4 b having different refractive indexes on the active layer 3.

そして、この実施の形態1の面発光レーザ100aでは、上記下部電極6は、正八角形の、その各辺を底辺とする二等辺三角形の領域を切り取って得られる星型形状を有している。従って、該下部電極6とDBR層4との接触する部分の面密度は、該下部電極6の中心部分で大きく、該下部電極6の周辺部分で小さくなっている。ここで、該下部電極6は、その中心が上記リング形状の上部電極5の中心と一致するよう配置されており、その最大幅が上記リング形状の上部電極5の内径より大きく、その外径より小さいものである。また、半導体基板2aの、上部電極5の内側に露出する部分は、活性層3の表面近傍までエッチングされており、他の部分に比べて薄くなっている。  In the surface emitting laser 100a according to the first embodiment, the lower electrode 6 has a star shape obtained by cutting out a regular octagonal region of an isosceles triangle having each side as a base. Therefore, the surface density of the portion where the lower electrode 6 and the DBR layer 4 are in contact is large at the central portion of the lower electrode 6 and is small at the peripheral portion of the lower electrode 6. Here, the lower electrode 6 is arranged so that the center thereof coincides with the center of the ring-shaped upper electrode 5, and the maximum width is larger than the inner diameter of the ring-shaped upper electrode 5, and the outer diameter is larger than the outer diameter. It is a small one. Further, a portion of the semiconductor substrate 2a exposed to the inside of the upper electrode 5 is etched to the vicinity of the surface of the active layer 3, and is thinner than the other portions.

また、この実施の形態1の面発光レーザ100aは、上記リング形状の上部電極5の上方に配置された外部ミラー1を有しており、該外部ミラー1と上記DBR層4とにより、活性層3で発生した光をレーザ発振が生ずるよう増幅する共振器が構成されている。ここで、外部ミラー1の、基板側の表面は凹面形状となっている。  The surface-emitting laser 100a according to the first embodiment has an external mirror 1 disposed above the ring-shaped upper electrode 5, and an active layer is formed by the external mirror 1 and the DBR layer 4. 3 is configured to amplify the light generated in 3 so that laser oscillation occurs. Here, the substrate side surface of the external mirror 1 has a concave shape.

次に作用効果について説明する。
まず、本実施の形態1の面発光レーザ100aのレーザ発振動作について簡単に説明する。
Next, the function and effect will be described.
First, the laser oscillation operation of the surface emitting laser 100a according to the first embodiment will be briefly described.

この面発光レーザ100aでは、上部電極5と下部電極6との間にレーザ駆動電圧が印加されると、活性層3内に電流が注入される。この注入電流の大きさが一定値、つまりレーザ発振閾値より大きくなると、共振器内でレーザ発振が生じ、レーザ光8が外部ミラー1を介して外部に出射される。このとき、レーザ光8は、面発光され、レーザ光の出射方向は、半導体基板2aの表面に対して垂直な方向となっている。  In the surface emitting laser 100 a, when a laser driving voltage is applied between the upper electrode 5 and the lower electrode 6, a current is injected into the active layer 3. When the magnitude of the injection current becomes a certain value, that is, larger than the laser oscillation threshold, laser oscillation occurs in the resonator, and the laser beam 8 is emitted outside through the external mirror 1. At this time, the laser beam 8 is surface-emitted, and the emission direction of the laser beam is perpendicular to the surface of the semiconductor substrate 2a.

次に、本実施の形態1の面発光レーザの特性を、従来のものと比較して説明する。  Next, the characteristics of the surface emitting laser according to the first embodiment will be described in comparison with the conventional one.

従来の面発光レーザでは、下部電極は、DBR層4上に円形の導電体層を形成してなる電極構造となっていた。このため、高いパワーを得るために注入電流を大きくすると、電極周辺部での電流密度が増大し、ホールバーニングの発生により、利得が低下したり横モードが不安定な状態となったりして、注入電流の増大が出力の低下や不安定な動作の原因となる。一方、電極の中心部近傍では、光のパワー密度の増大による注入キャリア不足が発生する。このように従来の面発光レーザでは、高出力時には横モードのマルチ化やモードの不安定化が生じ、安定した横モードを実現することが難しかった。  In the conventional surface emitting laser, the lower electrode has an electrode structure in which a circular conductor layer is formed on the DBR layer 4. For this reason, if the injection current is increased in order to obtain high power, the current density at the periphery of the electrode increases, and due to the occurrence of hole burning, the gain decreases or the transverse mode becomes unstable, An increase in injected current causes a decrease in output and unstable operation. On the other hand, in the vicinity of the center of the electrode, a shortage of injected carriers occurs due to an increase in light power density. As described above, in the conventional surface emitting laser, when the output is high, the transverse mode becomes multi-level and the mode becomes unstable, and it is difficult to realize a stable transverse mode.

これに対して、本実施の形態1の面発光レーザ100aでは、下部電極6の形状を、図1(b)に示す星型形状としたことにより、活性層3に注入するキャリアの密度分布を、活性層内での光の強度分布に近づけることが可能となる。  On the other hand, in the surface emitting laser 100a according to the first embodiment, the shape of the lower electrode 6 is a star shape shown in FIG. It becomes possible to approximate the light intensity distribution in the active layer.

つまり、活性層3における光の強度分布は、図1(c)に示すように、光強度Lpが発光中心で最も高く、周辺に行くに従い低下しており、光強度分布はガウス分布に近いものとなっている。従って、下部電極6の平面形状を、図1(b)に示す星型形状とすることにより、該下部電極6とDBR層4との接触する部分の面密度が、該下部電極の中心から周辺部にかけて減少する。言い換えると、下部電極6から活性層3に注入される電流(キャリア)の密度は、図1(c)に示すように、下部電極6の中心部分で最大となり、周辺部分に行くに従い低減することとなる。その結果、活性層3内に注入される電流の密度分布が活性層3内での光の強度分布に応じたものとなり、高出力時における横モード安定性を大幅に向上させた、優れた高出力特性を有する面発光レーザを実現することができる。  That is, as shown in FIG. 1C, the light intensity distribution in the active layer 3 has the highest light intensity Lp at the emission center and decreases toward the periphery, and the light intensity distribution is close to a Gaussian distribution. It has become. Therefore, by making the planar shape of the lower electrode 6 into the star shape shown in FIG. 1B, the surface density of the portion where the lower electrode 6 and the DBR layer 4 are in contact with each other is reduced from the center of the lower electrode to the periphery. Decreases over time. In other words, the density of current (carrier) injected from the lower electrode 6 into the active layer 3 is maximized at the central portion of the lower electrode 6 and decreases as it goes to the peripheral portion, as shown in FIG. It becomes. As a result, the density distribution of the current injected into the active layer 3 corresponds to the light intensity distribution in the active layer 3, and the lateral mode stability at high output is greatly improved. A surface emitting laser having output characteristics can be realized.

また、従来、電極を複数に分割した構造として、注入キャリア密度の分布を調整可能とした面発光レーザが既に提案されている。ところが、面発光レーザの電極を分割すると、電極を分割する部分に位置する抵抗分離層により、活性層への注入電流にロスが生じて効率が低下してしまうという問題があった。また、このような分割された複数の電極では、注入キャリア密度分布を離散的にしか変化させることができないので、注入キャリアの密度分布と光強度分布との整合が十分ではない。さらに、分割された複数の電極には、個々の電極からは異なる電流密度で活性層に電流が注入されるようレーザ駆動電圧を印加することになるため、レーザの駆動回路が複雑になる等の問題があった。  Conventionally, a surface emitting laser that can adjust the distribution of injected carrier density as a structure in which an electrode is divided into a plurality of parts has already been proposed. However, when the electrode of the surface emitting laser is divided, there is a problem that the resistance separation layer located at the portion where the electrode is divided causes a loss in the current injected into the active layer and the efficiency is lowered. In addition, in such a plurality of divided electrodes, the injected carrier density distribution can be changed only discretely, so that the density distribution of the injected carrier and the light intensity distribution are not sufficiently matched. Furthermore, since a laser driving voltage is applied to the divided electrodes so that current is injected into the active layer from each electrode at a different current density, the laser driving circuit becomes complicated. There was a problem.

これに対して、本実施の形態1の面発光レーザ100aでは、下部電極6の平面形状を、下部電極6とDBR層4との接触する部分の面密度が、該下部電極6の中心部分で大きく、該下部電極6の周辺部分で小さくなるよう、星型形状としているので、注入キャリア密度分布を連続的に変化させることができ、さらに、従来の面発光レーザにおける、電極を分離する抵抗分離層を必要としないため、注入電流ロスが少なく、効率の良いレーザ発振が可能である。  On the other hand, in the surface emitting laser 100a of the first embodiment, the planar shape of the lower electrode 6 is such that the surface density of the portion where the lower electrode 6 and the DBR layer 4 are in contact is the central portion of the lower electrode 6. Since it is star-shaped so as to be large and small in the peripheral portion of the lower electrode 6, the injected carrier density distribution can be continuously changed. Further, in the conventional surface emitting laser, resistance separation for separating the electrodes is possible. Since no layer is required, there is little injection current loss and efficient laser oscillation is possible.

このように本実施の形態1では、半導体基板2a上に形成された活性層3と、前記活性層3にキャリアを注入する一対の上部電極5及び下部電極6とを有し、該下部電極6の平面形状を、該下部電極6から前記活性層3への電流の注入が、該下部電極6の中心部分では高い電流密度で、その周辺部分では低い電流密度で行われるよう星型形状としたので、面発光レーザの活性層3に注入するキャリアの密度分布を、活性層内での光のパワー分布に応じた分布とすることができる。これにより、活性層の、電極周辺部に対応する領域での電流密度の増大によるホールバーニングの発生を回避して、高出力時の横モード安定性を大幅に増大した、優れた高出力特性を有する面発光レーザを実現することができる。  As described above, the first embodiment has the active layer 3 formed on the semiconductor substrate 2a and the pair of upper electrode 5 and lower electrode 6 for injecting carriers into the active layer 3, and the lower electrode 6 The star shape is such that current injection from the lower electrode 6 to the active layer 3 is performed at a high current density in the central portion of the lower electrode 6 and at a low current density in the peripheral portion. Therefore, the density distribution of carriers injected into the active layer 3 of the surface emitting laser can be set to a distribution according to the light power distribution in the active layer. This prevents the occurrence of hole burning due to an increase in current density in the region of the active layer corresponding to the periphery of the electrode, resulting in excellent high output characteristics that greatly increased lateral mode stability at high output. A surface emitting laser having the same can be realized.

また、この実施の形態1では、半導体基板2aの、下部電極6に対向する領域を、活性層3の表面近傍までエッチングして薄くしているので、活性層3の、下部電極6に対向する部分で発生したレーザ光が半導体基板2aで吸収されるのを低減することができ、半導体基板2aの裏面側からレーザ光を効率よく取り出すことができる。  In the first embodiment, the region of the semiconductor substrate 2a facing the lower electrode 6 is thinned by etching to the vicinity of the surface of the active layer 3, so that the region of the active layer 3 faces the lower electrode 6. It is possible to reduce the absorption of the laser light generated in the portion by the semiconductor substrate 2a, and it is possible to efficiently extract the laser light from the back side of the semiconductor substrate 2a.

また、このように半導体基板2aの裏面側からレーザ光を取り出す構造では、活性層3上のDBR層4の表面上という、活性層に近い位置に熱伝導の高い金属電極層を形成することができる。さらに、面発光レーザを、上記のような金属電極層をヒートシンク上にこれに密着させて配置した構成にすることにより、活性層3で発生した熱を効率良く外部に逃がすことができ、その結果、活性層3での温度上昇を抑圧することができ、面発光レーザのさらなる高出力化が可能となる。  Further, in the structure in which the laser light is extracted from the back surface side of the semiconductor substrate 2a in this way, a metal electrode layer having high thermal conductivity can be formed on the surface of the DBR layer 4 on the active layer 3 at a position close to the active layer. it can. Further, the surface emitting laser is configured such that the metal electrode layer as described above is disposed in close contact with the heat sink, whereby the heat generated in the active layer 3 can be efficiently released to the outside. The temperature rise in the active layer 3 can be suppressed, and the output of the surface emitting laser can be further increased.

また、本実施の形態1では、面発光レーザ100aの共振器を、半導体基板2a上に形成したDBR層4と、半導体基板2aから離間して配置した外部ミラー1とにより構成しているため、共振器長を十分確保することができる。これにより、共振器の横モードの安定性を増大させて、下部電極6近傍の活性層3における光強度分布を大きくすることができる。  Further, in the first embodiment, the resonator of the surface emitting laser 100a is configured by the DBR layer 4 formed on the semiconductor substrate 2a and the external mirror 1 disposed away from the semiconductor substrate 2a. A sufficient resonator length can be secured. Thereby, the stability of the transverse mode of the resonator can be increased, and the light intensity distribution in the active layer 3 near the lower electrode 6 can be increased.

例えば、活性層内での光強度分布の範囲は、共振器長にほぼ比例関係にあり、外部ミラー1を用いることにより共振器長を10倍以上にすることができ、これにより有効な活性層面積を大きくすることができる。その結果、面発光レーザでは、有効な活性層面積に比例して増大するものである高出力特性を、飛躍的に向上できる。  For example, the range of the light intensity distribution in the active layer is substantially proportional to the resonator length, and the resonator length can be increased 10 times or more by using the external mirror 1, thereby enabling an effective active layer. The area can be increased. As a result, the surface emitting laser can dramatically improve the high output characteristics, which increase in proportion to the effective active layer area.

また、共振器を外部ミラーを用いて構成した、有効活性層面積の広い面発光レーザでは、活性層3における光強度分布と注入キャリア分布との整合性の問題が顕著となるが、本実施の形態1では、面発光レーザの下部電極6の平面形状を星型形状としているため、外部ミラー型の面発光レーザにおけるキャリア密度分布と光強度分布との不整合問題は解消されており、面発光レーザは高出力特性を大幅に改善したものとなっている。  In addition, in a surface emitting laser having a resonator having an external active mirror and having a large effective active layer area, the problem of the consistency between the light intensity distribution and the injected carrier distribution in the active layer 3 becomes significant. In Embodiment 1, since the planar shape of the lower electrode 6 of the surface emitting laser is a star shape, the inconsistency problem between the carrier density distribution and the light intensity distribution in the external mirror type surface emitting laser is solved, and the surface emitting Lasers have greatly improved high power characteristics.

また、本実施の形態1の面発光レーザでは、過飽和吸収を利用した自励発振状態、つまり半導体レーザへの印加電流は直流電流であるにもかかわらず、出力としてはパルス状にレーザ光を放出する発振状態により発振波長を変動させて、スペックルノイズを低減することが可能である。  Further, in the surface emitting laser of the first embodiment, a self-excited oscillation state using supersaturated absorption, that is, a laser beam is emitted in a pulsed form as an output even though a current applied to the semiconductor laser is a direct current. The speckle noise can be reduced by changing the oscillation wavelength according to the oscillation state.

つまり、本実施の形態1の面発光レーザでは、下部電極6の平面形状を、該下部電極6から前記活性層3への電流の注入が、該下部電極6の中心部分では高い電流密度で、その周辺部分では低い電流密度で行われるような形状としているので、活性層における、注入電流密度を小さくするようにしている下部電極6の周辺に対応する部分に、過飽和吸収体を設けることにより、高出力面発光レーザにて、過飽和吸収を利用した自励発振によりスペックルノイズを低減することが可能となる。  That is, in the surface emitting laser of the first embodiment, the planar shape of the lower electrode 6 is such that current injection from the lower electrode 6 to the active layer 3 is performed at a high current density in the central portion of the lower electrode 6. Since the peripheral portion is shaped so as to be performed at a low current density, by providing a saturable absorber in a portion corresponding to the periphery of the lower electrode 6 in the active layer so as to reduce the injection current density, In high-power surface emitting lasers, speckle noise can be reduced by self-excited oscillation using supersaturated absorption.

なお、本実施の形態1では、下部電極6の平面形状を、該下部電極6とDBR層4との接触する部分の面密度が、該下部電極6の中心部分からその周辺部分にかけて連続的に変化するよう、星型形状としたが、下部電極6の構造はこのような平面星型形状のものに限定されるものではない。  In the first embodiment, the planar shape of the lower electrode 6 is such that the surface density of the portion where the lower electrode 6 and the DBR layer 4 are in contact is continuously from the central portion of the lower electrode 6 to the peripheral portion thereof. Although the star shape is changed so as to change, the structure of the lower electrode 6 is not limited to such a planar star shape.

例えば、下部電極6は、これとDBR層4との接触する部分の面密度が、該下部電極6の中心部とその周辺部とで異なるように、微細な穴を複数形成したものでもよい。
図2は、このような微細な穴を形成した下部電極の構造の例を説明する図である。
For example, the lower electrode 6 may be formed with a plurality of fine holes so that the surface density of the portion where the lower electrode 6 is in contact with the DBR layer 4 is different between the central portion of the lower electrode 6 and its peripheral portion.
FIG. 2 is a diagram for explaining an example of the structure of the lower electrode in which such fine holes are formed.

図2(a)に示す下部電極6aは、該電極を構成する単一の電極層に微細な穴を複数形成したものである。この下部電極6aでは、その中心部に形成した微細穴7aの径は、周辺部に形成した微細穴7cの径より小さい。また、下部電極6aの中心部と周辺部との間の中間部に形成した微細穴7bの径は、中心部に形成した微細穴7aの径より小さく、周辺部に形成した微細穴7cの径より大きい。  A lower electrode 6a shown in FIG. 2A is obtained by forming a plurality of fine holes in a single electrode layer constituting the electrode. In the lower electrode 6a, the diameter of the minute hole 7a formed in the center is smaller than the diameter of the minute hole 7c formed in the peripheral part. Further, the diameter of the fine hole 7b formed in the intermediate part between the center part and the peripheral part of the lower electrode 6a is smaller than the diameter of the fine hole 7a formed in the central part, and the diameter of the fine hole 7c formed in the peripheral part. Greater than.

このように複数の微細穴を形成した下部電極6aは、上記実施の形態1の下部電極6と同様、該下部電極6aとDBR層4との接触する部分の面密度がその中心部に近いほど大きくなっており、これにより面発光レーザの活性層に注入するキャリアの密度分布を、活性層内での光のパワー分布に応じた分布とすることができる。  The lower electrode 6a in which a plurality of fine holes are formed in this manner is similar to the lower electrode 6 of the first embodiment, the closer the surface density of the portion where the lower electrode 6a and the DBR layer 4 are in contact is closer to the center. As a result, the density distribution of carriers injected into the active layer of the surface emitting laser can be made to be a distribution corresponding to the power distribution of light in the active layer.

また、図2(b)に示す下部電極6bは、図2(a)に示す下部電極6aと同様、該電極を構成する単一の電極層に微細な穴を複数形成したものである。この下部電極6bでは、その周辺部に近いほど、微細穴7dの配置密度が大きくなっている。  Further, the lower electrode 6b shown in FIG. 2 (b) is formed by forming a plurality of fine holes in a single electrode layer constituting the electrode, like the lower electrode 6a shown in FIG. 2 (a). In the lower electrode 6b, the arrangement density of the fine holes 7d increases as it is closer to the periphery.

このように複数の微細穴を形成した下部電極6bは、上記実施の形態1の下部電極6と同様、該下部電極6bとDBR層4との接触する部分の面密度がその中心部に近いほど大きくなっており、これにより面発光レーザの活性層に注入するキャリアの密度分布を、活性層内での光のパワー分布に応じた分布とすることができる。  The lower electrode 6b in which a plurality of fine holes are formed in this manner is similar to the lower electrode 6 of the first embodiment, the closer the surface density of the portion where the lower electrode 6b and the DBR layer 4 are in contact is closer to the center thereof. As a result, the density distribution of carriers injected into the active layer of the surface emitting laser can be made to be a distribution corresponding to the power distribution of light in the active layer.

この図2(a)に示す下部電極6a、あるいは図2(b)に示す下部電極6bは、下部電極を構成する金属層などを、マスクを用いた選択的なエッチング処理により簡単に形成することができる。  In the lower electrode 6a shown in FIG. 2A or the lower electrode 6b shown in FIG. 2B, a metal layer constituting the lower electrode is easily formed by selective etching using a mask. Can do.

また、このような微細な穴を複数有する下部電極は、その配置可能な領域の全面に広がって形成することにより、ヒートシンクへの放熱効果を向上することができる。  In addition, the lower electrode having a plurality of such fine holes can be formed so as to spread over the entire region where the hole can be arranged, thereby improving the heat dissipation effect to the heat sink.

また、本実施の形態1では、下部電極の平面形状により、活性層に注入される電流の密度分布を活性層内での光強度分布と整合するよう調整したものを示しているが、活性層に注入される電流の密度分布は、例えば、従来の面発光レーザにおける下部電極600とDBR層4との間に部分的に電流ストップ層を配置することにより調整してもよい。
図3は、このような電流ストップ層の具体的な例を説明する図である。
In the first embodiment, the density of the current injected into the active layer is adjusted to match the light intensity distribution in the active layer by the planar shape of the lower electrode. The density distribution of the current injected into the first electrode may be adjusted by, for example, disposing a current stop layer partially between the lower electrode 600 and the DBR layer 4 in a conventional surface emitting laser.
FIG. 3 is a diagram for explaining a specific example of such a current stop layer.

図3(a)に示す電流ストップ層は、下部電極600とDBR層4との間に形成された、複数の穴を形成した絶縁層11からなる。  The current stop layer shown in FIG. 3A is composed of the insulating layer 11 formed between the lower electrode 600 and the DBR layer 4 and having a plurality of holes.

この絶縁層11には、下部電極600の中心部に対応する部分に大口径の穴11aが形成され、この大口径の穴11aの周囲に沿ってこれより口径の小さい中口径の穴11bが複数形成されており、さらに、この中口径の穴11bの外側に、口径のさらに小さい小口径の穴11cが複数形成されている。  A large-diameter hole 11a is formed in the insulating layer 11 at a portion corresponding to the center portion of the lower electrode 600, and a plurality of medium-diameter holes 11b having a smaller diameter are formed around the large-diameter hole 11a. In addition, a plurality of small-diameter holes 11c having a smaller diameter are formed outside the medium-diameter hole 11b.

このように複数の穴を形成した絶縁膜11を、下部電極600とDBR層4との間に配置することにより、上記実施の形態1と同様、該下部電極600とDBR層4との接触する部分の面密度がその中心部に近いほど大きくなり、これにより面発光レーザの活性層に注入するキャリアの密度分布を、活性層内での光のパワー分布に応じた分布とすることができる。  By disposing the insulating film 11 in which a plurality of holes are formed in this manner between the lower electrode 600 and the DBR layer 4, the lower electrode 600 and the DBR layer 4 are brought into contact with each other as in the first embodiment. The closer the surface density of the portion is to the central portion, the larger the density, so that the density distribution of carriers injected into the active layer of the surface emitting laser can be made to be a distribution corresponding to the light power distribution in the active layer.

図3(b)に示す電流ストップ層は、下部電極600とDBR層4との間に形成された、複数の穴を形成した絶縁層12からなる。  The current stop layer shown in FIG. 3B is formed of an insulating layer 12 formed between the lower electrode 600 and the DBR layer 4 and having a plurality of holes.

この絶縁層12には、上記下部電極の中心部に対応する部分に大口径の穴12aが形成され、この大口径の穴12aの外側には、口径の小さい複数の小口径の穴12bが、下部電極600の中心から遠ざかるほど、該穴12bの密度が小さくなるよう形成されている。  A large-diameter hole 12a is formed in the insulating layer 12 at a portion corresponding to the center portion of the lower electrode, and a plurality of small-diameter holes 12b having a small diameter are formed outside the large-diameter hole 12a. As the distance from the center of the lower electrode 600 increases, the density of the holes 12b decreases.

このように複数の穴を形成した絶縁膜12を、下部電極600とDBR層4との間に配置することにより、上記実施の形態1と同様、該下部電極600とDBR層4との接触する部分の面密度がその中心部に近いほど大きくなり、これにより面発光レーザの活性層に注入するキャリアの密度分布を、活性層内での光のパワー分布に応じた分布とすることができる。  By disposing the insulating film 12 in which a plurality of holes are formed in this manner between the lower electrode 600 and the DBR layer 4, the lower electrode 600 and the DBR layer 4 are brought into contact with each other as in the first embodiment. The closer the surface density of the portion is to the central portion, the higher the density, so that the density distribution of carriers injected into the active layer of the surface emitting laser can be made to be a distribution corresponding to the light power distribution in the active layer.

また、図3(a)及び図3(b)に示すように、下部電極とDBR層との間に電流ストップ層を配置してなる電極構造は、下部電極の形成が簡単であり、また、下部電極の面積を大きくとれるため、下部電極が半田を介して外部のヒートシンクに接合する接触面積も大きくなる。従って、図3(a)あるいは図3(b)に示す、電流ストップ層を用いた電極構造は、放熱効果に優れ、高出力化に優位なものである。  In addition, as shown in FIGS. 3A and 3B, the electrode structure in which the current stop layer is disposed between the lower electrode and the DBR layer is easy to form the lower electrode. Since the area of the lower electrode can be increased, the contact area where the lower electrode is joined to an external heat sink via solder is also increased. Therefore, the electrode structure using the current stop layer shown in FIG. 3A or FIG. 3B is excellent in heat dissipation effect and superior in high output.

さらに、図3(a)あるいは図3(b)に示す電極構造は、上記電流ストップ層に代わる、抵抗値の面内分布を持たせた抵抗層を有するものであってもよい。  Further, the electrode structure shown in FIG. 3A or 3B may have a resistance layer having an in-plane distribution of resistance values instead of the current stop layer.

この場合、電極構造における抵抗層の抵抗分布は、下部電極の中心から離れるほど、抵抗値が小さくなるものとする。これにより面発光レーザの活性層に注入するキャリアの密度分布を、活性層内での光のパワー分布に応じた分布とすることができる。  In this case, the resistance distribution of the resistance layer in the electrode structure is such that the resistance value decreases as the distance from the center of the lower electrode increases. As a result, the density distribution of carriers injected into the active layer of the surface emitting laser can be made to be a distribution corresponding to the light power distribution in the active layer.

またさらに、上記下部電極とDBR層とを接続する電極構造は、上記電流ストップ層や抵抗層を有するものに限らず、下部電極自体に抵抗値の面内分布を持たせたものであってもよい。この場合、上記下部電極の抵抗分布は、その中心から離れるほど、抵抗値が小さくなるものとする。これにより面発光レーザの活性層に注入するキャリアの密度分布を、活性層内での光のパワー分布に応じた分布とすることができる。  Furthermore, the electrode structure that connects the lower electrode and the DBR layer is not limited to the one having the current stop layer and the resistance layer, and the lower electrode itself may have an in-plane distribution of resistance values. Good. In this case, the resistance distribution of the lower electrode has a resistance value that decreases as the distance from the center increases. As a result, the density distribution of carriers injected into the active layer of the surface emitting laser can be made to be a distribution corresponding to the light power distribution in the active layer.

また、本実施の形態1では、面発光レーザを構成する半導体基板は、GaNを主成分とする窒素化合物からなる半導体からなるものとしているが、面発光レーザの半導体基板は、例えば、SiC基板等、III−V族窒化物系半導体材料をその上にエピタキシャル成長できるものであってもよい。  In the first embodiment, the semiconductor substrate constituting the surface emitting laser is made of a semiconductor made of a nitrogen compound containing GaN as a main component, but the semiconductor substrate of the surface emitting laser is, for example, an SiC substrate or the like. The III-V nitride semiconductor material may be epitaxially grown thereon.

また、本発明の面発光レーザは、上述したIII−V族窒化物系半導体材料からなるものに限るものではない。例えば、面発光レーザの構成材料は、AlGaAs系やAlGaInP系半導体材料、あるいはZnSe系半導体材料であってもよく、このような半導体材料を用いた場合も、安定した基本横モードでレーザ発振する高出力面発光レーザを実現することができる。特に、AlGaInP系半導体材料は、基板面方位が(100)から[0−11]または[011]方向に傾斜したGaAs基板上に形成すれば、結晶の秩序化によるバンドギャップ変動も起こらないことから、AlGaInP系半導体材料を用いることにより、安定した高出力動作が可能な面発光レーザを実現することができる。  Further, the surface emitting laser of the present invention is not limited to the one made of the above-described III-V group nitride semiconductor material. For example, the constituent material of the surface emitting laser may be an AlGaAs-based, AlGaInP-based semiconductor material, or a ZnSe-based semiconductor material. Even when such a semiconductor material is used, the high-frequency laser oscillation in a stable fundamental transverse mode is possible. An output surface emitting laser can be realized. In particular, when an AlGaInP-based semiconductor material is formed on a GaAs substrate whose substrate plane orientation is inclined from (100) to the [0-11] or [011] direction, the bandgap fluctuation due to crystal ordering does not occur. By using an AlGaInP-based semiconductor material, a surface emitting laser capable of stable high output operation can be realized.

また、本実施の形態1では、半導体基板2aの下部電極6に対向する領域を、その裏面側から、基板表面側の活性層3の近傍までエッチングして凹部9を形成し、該凹部9を囲むようリング形状の上部電極5を基板の裏面に形成しているが、上記上部電極5は、半導体基板2aの裏面側に形成したリング形状のものに限らず、例えば、凹部9の底面に形成した透明電極であってもよい。このような透明電極を用いると、活性層と上部電極とが近づくので、活性層内への注入電流のロスをより効果的に減らすことができる。  In the first embodiment, a recess 9 is formed by etching a region facing the lower electrode 6 of the semiconductor substrate 2a from the back surface side to the vicinity of the active layer 3 on the substrate surface side. Although the ring-shaped upper electrode 5 is formed on the back surface of the substrate so as to surround, the upper electrode 5 is not limited to the ring-shaped one formed on the back surface side of the semiconductor substrate 2a, but is formed on the bottom surface of the recess 9, for example. A transparent electrode may be used. When such a transparent electrode is used, the active layer and the upper electrode are brought closer to each other, so that the loss of the injection current into the active layer can be more effectively reduced.

また、本実施の形態1では、半導体基板2aの下部電極6に対向する領域を、その裏面側から、基板表面側の活性層3の近傍までエッチングして凹部9を形成しているが、上記面発光レーザの半導体基板の材料として、導電性が高く、レーザ光に対して透明なものを用いた場合は、上記凹部9は形成する必要はない。  In the first embodiment, the recess 9 is formed by etching the region facing the lower electrode 6 of the semiconductor substrate 2a from the back surface side to the vicinity of the active layer 3 on the substrate surface side. When a material having a high conductivity and transparent to the laser light is used as the material for the semiconductor substrate of the surface emitting laser, the concave portion 9 does not need to be formed.

また、本実施の形態1では、面発光レーザとして、共振器を、半導体基板2a上に積層した複数の半導体層の1つであるDBR層4と、半導体基板2aから離間して配置した外部ミラー1とにより構成したものを示したが、面発光レーザは、半導体基板上に積層した半導体層により共振器を構成した、通常の薄膜面発光レーザであってもよく、この薄膜面発光レーザにおいても、上記実施の形態1と同様、下部電極6の平面形状を、該下部電極6から前記活性層への電流の注入が、該下部電極の中心部分では高い電流密度で、その周辺部分では低い電流密度で行われるような形状とすることにより、高出力特性を飛躍的に向上させることが可能となる。  In the first embodiment, as a surface emitting laser, a resonator includes a DBR layer 4 that is one of a plurality of semiconductor layers stacked on the semiconductor substrate 2a, and an external mirror that is disposed apart from the semiconductor substrate 2a. However, the surface-emitting laser may be a normal thin-film surface-emitting laser in which a resonator is formed by a semiconductor layer stacked on a semiconductor substrate. As in the first embodiment, the planar shape of the lower electrode 6 is such that current injection from the lower electrode 6 to the active layer has a high current density in the central portion of the lower electrode and a low current in the peripheral portion. By adopting a shape that is performed at a high density, it is possible to dramatically improve the high output characteristics.

また、本実施の形態1では、面発光レーザは、1つの面発光部分を有する1つのレーザ素子であるが、1つのレーザ素子である面発光レーザは、複数の面発光部分を有するマルチビーム型の面発光レーザであってもよい。この場合、面発光レーザの各面発光部分における活性層に注入するキャリアの密度分布を、活性層内での光のパワー分布に応じた分布とすることにより、各面発光部分での利得の飽和が緩和され、レーザ光の面発光を行うより大出力の半導体レーザを実現することができる。  In the first embodiment, the surface emitting laser is one laser element having one surface emitting portion, but the surface emitting laser that is one laser element is a multi-beam type having a plurality of surface emitting portions. The surface emitting laser may be used. In this case, the saturation of the gain in each surface emitting portion is achieved by setting the density distribution of carriers injected into the active layer in each surface emitting portion of the surface emitting laser according to the light power distribution in the active layer. Can be mitigated, and a semiconductor laser having a higher output than the surface emission of laser light can be realized.

(実施の形態2)
図4は、本発明の実施の形態2による面発光レーザを説明する図であり、図4(a)はその断面構造を、図4(b)はその下部電極の形状を示し、図4(c)は、活性層の発光領域での光強度分布を示している。なお、図4中、図1と同一符号は、実施の形態1の面発光レーザにおけるものと同一のものである。
(Embodiment 2)
4A and 4B are diagrams for explaining a surface emitting laser according to Embodiment 2 of the present invention. FIG. 4A shows the cross-sectional structure, FIG. 4B shows the shape of the lower electrode, and FIG. c) shows the light intensity distribution in the light emitting region of the active layer. In FIG. 4, the same reference numerals as those in FIG. 1 are the same as those in the surface emitting laser of the first embodiment.

この実施の形態2の面発光レーザ100bは、上記実施の形態1の面発光レーザ100aにおける、星型形状の下部電極6に代えて、2分割した下部電極60を備えたものである。また、この面発光レーザ100bでは、半導体基板2aの裏面側に形成された凹部9の表面には、共振器内における光のロスが低減するよう無反射コートが施されている。  The surface-emitting laser 100b according to the second embodiment includes a lower electrode 60 divided into two in place of the star-shaped lower electrode 6 in the surface-emitting laser 100a according to the first embodiment. In the surface emitting laser 100b, the surface of the recess 9 formed on the back surface side of the semiconductor substrate 2a is provided with a non-reflective coating so as to reduce the light loss in the resonator.

ここで、上記下部電極60は、図4(b)に示すように、その中心部に位置する円形の内側電極部60aと、該内側電極部60aを囲むよう配置されたリング形状の外側電極部60bとからなる。また、この2分割された下部電極60の、上記外側電極部60bと内側電極部60aとの間の部分は、抵抗値の高い抵抗分離部61となっている。このように下部電極60を2分割した構造とすることで、活性層3内に注入する電流の密度分布を、活性層3内での光の強度分布に合わせて調整することが可能となる。  Here, as shown in FIG. 4B, the lower electrode 60 includes a circular inner electrode portion 60a located at the center thereof and a ring-shaped outer electrode portion arranged so as to surround the inner electrode portion 60a. 60b. Further, a portion of the lower electrode 60 divided into two parts between the outer electrode portion 60b and the inner electrode portion 60a is a resistance separating portion 61 having a high resistance value. Thus, by making the lower electrode 60 into two parts, the density distribution of the current injected into the active layer 3 can be adjusted according to the light intensity distribution in the active layer 3.

すなわち、活性層3における光の強度分布は、図4(c)に示すように、光強度Cd2が発光領域の中心部、つまり活性層3の、下部電極に対向する領域の中心部で最も高く、中心から離れるほど低下するというガウス分布に近いものとなっている。従って、この実施の形態2の面発光レーザ100bでは、活性層3に注入される電流の密度分布が光強度分布に対応したものとなるよう、内側電極部60aに印加するレーザ駆動電圧を、外側電極部60bに印加するレーザ駆動電圧より高くしている。また、この面発光レーザ100bでは、外側電極部60bに印加するレーザ駆動電圧は、発生するレーザ光のコヒーレンスが緩和されるよう、直流成分に高周波成分を重畳したものとしている。  That is, as shown in FIG. 4C, the light intensity distribution in the active layer 3 has the highest light intensity Cd2 at the center of the light emitting region, that is, at the center of the region of the active layer 3 facing the lower electrode. It is close to a Gaussian distribution that decreases with increasing distance from the center. Therefore, in the surface emitting laser 100b of the second embodiment, the laser driving voltage applied to the inner electrode portion 60a is set to the outer side so that the density distribution of the current injected into the active layer 3 corresponds to the light intensity distribution. It is higher than the laser drive voltage applied to the electrode part 60b. In the surface emitting laser 100b, the laser driving voltage applied to the outer electrode portion 60b is obtained by superimposing a high frequency component on a direct current component so that the coherence of the generated laser light is reduced.

次に作用効果について説明する。
本実施の形態2の面発光レーザ100bの基本的なレーザ発振動作は実施の形態1の面発光レーザ100aと同様に行われる。
Next, the function and effect will be described.
The basic laser oscillation operation of the surface emitting laser 100b according to the second embodiment is performed in the same manner as the surface emitting laser 100a according to the first embodiment.

そして、この実施の形態2では、2分割された下部電極60の外側電極部60bには、高周波成分が重畳されたレーザ駆動電圧が印加されるため、活性層3の、外側電極部60bに対向する部分ではキャリア密度が変動する。このため、共振器全体でのレーザ発振状態が変動することとなり、時間的なコヒーレンスが緩和される。
次に、本実施の形態2の面発光レーザの特性を、従来のものと比較して説明する。
In the second embodiment, since the laser driving voltage on which the high frequency component is superimposed is applied to the outer electrode portion 60b of the divided lower electrode 60, the active electrode 3 faces the outer electrode portion 60b. The carrier density fluctuates in the part where For this reason, the laser oscillation state in the entire resonator varies, and temporal coherence is reduced.
Next, the characteristics of the surface emitting laser according to the second embodiment will be described in comparison with the conventional one.

従来の面発光レーザでは、上述したように、下部電極は単一の電極構造となっていたため、高出力時には横モードのマルチ化やモードの不安定化が生じ、安定した横モードを実現することが難しかった。  In the conventional surface-emitting laser, as described above, the lower electrode has a single electrode structure, so that at the time of high output, the lateral mode becomes multi-mode and the mode becomes unstable, thereby realizing a stable lateral mode. It was difficult.

これに対して、本実施の形態2の面発光レーザ100bでは、下部電極60を、図4(b)に示すように2分割した構造としたことにより、活性層に注入するキャリアの密度分布を、活性層内での光の強度分布に近づけることが可能となり、これにより高出力時における横モード安定性を大幅に向上させた、優れた高出力特性を有する面発光レーザを実現することができる。  On the other hand, in the surface emitting laser 100b of the second embodiment, the lower electrode 60 is divided into two as shown in FIG. 4B, so that the density distribution of carriers injected into the active layer can be obtained. It is possible to approximate the light intensity distribution in the active layer, thereby realizing a surface emitting laser having excellent high output characteristics, which greatly improves the transverse mode stability at high output. .

また、本実施の形態2では、面発光レーザ100aの共振器を、半導体基板2a上に形成したDBR層4と、半導体基板2aから離間して配置した外部ミラー1とにより構成しているため、実施の形態1と同様、共振器長を十分確保することができる。これにより、共振器の横モードの安定性を増大させて、下部電極60近傍の活性層3における光分布を大きくすることができる。  Further, in the second embodiment, the resonator of the surface emitting laser 100a is constituted by the DBR layer 4 formed on the semiconductor substrate 2a and the external mirror 1 arranged away from the semiconductor substrate 2a. Similar to the first embodiment, a sufficient resonator length can be secured. Thereby, the stability of the transverse mode of the resonator can be increased, and the light distribution in the active layer 3 in the vicinity of the lower electrode 60 can be increased.

また、共振器を外部ミラーを用いて構成した、有効活性層面積の広い面発光レーザでは、活性層3における光強度分布と注入キャリア分布との整合性の問題が顕著となるが、本実施の形態2では、面発光レーザの下部電極を2分割構造としているため、外部ミラー型の面発光レーザにおけるキャリア密度分布と光強度分布との不整合問題は解消されており、面発光レーザは高出力特性を大幅に改善したものとなっている。  In addition, in a surface emitting laser having a resonator having an external active mirror and having a large effective active layer area, the problem of the consistency between the light intensity distribution and the injected carrier distribution in the active layer 3 becomes significant. In Embodiment 2, since the lower electrode of the surface emitting laser has a two-part structure, the problem of mismatch between the carrier density distribution and the light intensity distribution in the external mirror type surface emitting laser is solved, and the surface emitting laser has a high output. The characteristics are greatly improved.

さらに、下部電極を複数に分割した面発光レーザでも、有効活性層面積が小さいものでは、下部電極を分割したことによる注入キャリア密度分布の形成が難しく、分離された電極間の抵抗分離層の部分では注入電流ロスも問題となるが、本実施の形態2では、上述したように、外部ミラー1を用いることで活性層面積が十分大きなものとなっており、このため、抵抗分離層による注入電流ロスの問題も殆ど無視できるため、下部電極の2分割構造は有効なものとなっている。  Further, even in a surface emitting laser in which the lower electrode is divided into a plurality of parts, if the effective active layer area is small, it is difficult to form the injected carrier density distribution by dividing the lower electrode, and the resistance separation layer portion between the separated electrodes In the second embodiment, however, the active layer area is sufficiently large by using the external mirror 1 as described above. For this reason, the injection current caused by the resistance separation layer is used. Since the problem of loss is almost negligible, the two-part structure of the lower electrode is effective.

また、本実施の形態2では、分割した個々の電極部に注入する電流の特性を変えることで、特性を大幅に改善している。特に、従来の面発光レーザでは、100mW以上の大出力で使用する場合に、安定に駆動する、レーザ光を変調する、あるいはレーザ駆動電流に高周波成分を重畳するといったことが困難であったが、これらの問題も本実施の形態2の面発光レーザでは解決されている。  Further, in the second embodiment, the characteristics are greatly improved by changing the characteristics of the current injected into each divided electrode part. In particular, with conventional surface emitting lasers, it has been difficult to drive stably, modulate laser light, or superimpose a high-frequency component on the laser driving current when used with a large output of 100 mW or more. These problems are also solved in the surface emitting laser of the second embodiment.

ここで、本実施の形態2の面発光レーザにおける、戻り光によるノイズ発生が防止されるメカニズムについて説明する。  Here, a mechanism for preventing the generation of noise due to the return light in the surface emitting laser according to the second embodiment will be described.

戻り光ノイズとは、半導体レーザが出射した光が活性層に帰還することでノイズが大幅に増大する現象である。これを防止するため、通常、光のコヒーレンスを低減する方法が採られている。その一つとして、駆動電流に数100MHz程度のRF信号を重畳する方法がある。しかしながら、従来の高出力半導体レーザでは、駆動電流が増大するため、必要なRFパワーが大幅に増大するという問題があった。そして、このようなRFパワーの増大は、消費電力の増大、さらに放熱対策や放射対策等の必要性から、システム全体のコストが大幅に増大することとなる。  The return light noise is a phenomenon in which the noise is greatly increased by the light emitted from the semiconductor laser returning to the active layer. In order to prevent this, a method of reducing the coherence of light is usually employed. As one of them, there is a method of superimposing an RF signal of about several hundred MHz on the drive current. However, the conventional high-power semiconductor laser has a problem in that the required RF power is greatly increased due to an increase in driving current. Such an increase in the RF power greatly increases the cost of the entire system due to the increase in power consumption and the necessity of measures for heat dissipation and radiation.

本実施の形態2の面発光レーザ100bは、このような高出力レーザにおける高周波重畳の問題を解決したものである。  The surface emitting laser 100b according to the second embodiment solves the problem of high-frequency superposition in such a high-power laser.

つまり、高周波重畳は、半導体レーザのキャリア密度の状態を変化させることで、光の発振状態を時間的に変化させ、時間的コヒーレンスを低下させるものである。従って、活性層に注入されるキャリアの密度に対する変化率の大きさが重要である。  That is, the high frequency superposition is to change the state of the carrier density of the semiconductor laser, thereby changing the light oscillation state with time and reducing temporal coherence. Therefore, the rate of change with respect to the density of carriers injected into the active layer is important.

従来の単一電極構造の面発光レーザでは、注入される電流は電極全体に分散するため、注入キャリア密度を大きく変化させるには、注入する電流に対して、高周波で変化させる電流の割合を大きくとる必要があり、レーザ駆動電流に重畳する高周波成分のRF振幅が大きくなっていた。  In conventional surface emitting lasers with a single electrode structure, the injected current is dispersed throughout the electrode. Therefore, in order to change the injected carrier density greatly, the ratio of the current changed at a high frequency is increased with respect to the injected current. Therefore, the RF amplitude of the high-frequency component superimposed on the laser drive current is large.

これに対して、本実施の形態2の面発光レーザ100bでは、下部電極60を複数の電極部に分割し、一部の電極部にのみRF重畳するようにしている。このような構成の面発光レーザ100bでは、下部電極を複数に分割しているため、各電極部による注入電流は、下部電極全体による注入電流に比べて大幅に低下する。つまり、下部電極の分割により得られる複数の電極部の一部にRF信号を重畳する場合のRF振幅は、単一の下部電極にRF信号を重畳する場合のRF振幅に対して何分の1かに低減可能となり、これにより高周波重畳のパワーを大幅に低減できる。また、一部の電極部にRF信号を重畳した場合にも、該電極部による注入キャリアの密度の変動は十分得られるため、共振器全体の発振状態が変化して時間的コヒーレンスを下げることができる。  On the other hand, in the surface emitting laser 100b according to the second embodiment, the lower electrode 60 is divided into a plurality of electrode portions, and RF is superimposed on only some of the electrode portions. In the surface emitting laser 100b having such a configuration, since the lower electrode is divided into a plurality of parts, the injection current due to each electrode portion is significantly lower than the injection current due to the entire lower electrode. That is, the RF amplitude when the RF signal is superimposed on a part of the plurality of electrode portions obtained by dividing the lower electrode is a fraction of the RF amplitude when the RF signal is superimposed on a single lower electrode. This can greatly reduce the power of high frequency superposition. In addition, even when an RF signal is superimposed on a part of the electrode part, since the fluctuation of the injected carrier density by the electrode part can be sufficiently obtained, the oscillation state of the entire resonator changes and the temporal coherence can be lowered. it can.

さらに、本実施の形態2の面発光レーザ100bでは、図4(c)の光の強度分布図に示すように、高出力を得る場合、発光領域の中心近傍に位置する電極部60aに大きな電流を供給する必要があるが、発光領域の中心から離れた周辺部の電極部60bでは、光のパワー密度に応じた小さい電流しか必要とされない。このため、発光領域の周辺部近傍に位置する電極部に供給するレーザ駆動電流にRF信号を重畳することにより、低いRFパワーで効率良くコヒーレンスを低下させることができ、その結果、システムの小型化、低コスト化、低消費電力化が可能となる。  Furthermore, in the surface emitting laser 100b of the second embodiment, as shown in the light intensity distribution diagram of FIG. 4C, when a high output is obtained, a large current is applied to the electrode unit 60a located near the center of the light emitting region. However, only a small current corresponding to the power density of the light is required in the peripheral electrode part 60b far from the center of the light emitting region. For this reason, by superimposing the RF signal on the laser drive current supplied to the electrode part located near the periphery of the light emitting region, the coherence can be reduced efficiently with low RF power, resulting in the miniaturization of the system. Thus, cost reduction and power consumption can be reduced.

また、本実施の形態2の、電極を分割した構造は、GaNレーザに特に有効であり、以下簡単に説明する。  In addition, the structure of the second embodiment in which the electrodes are divided is particularly effective for a GaN laser, and will be briefly described below.

GaN基板をベースとする半導体レーザは、緩和振動が大きく高周波重畳を行うと、スパイクノイズが発生する。これは、半導体レーザへ注入する電流を高周波信号で変調すると緩和振動により出力光波形がスパイク状に変化し、変調度の何倍も高いパルス出力が発生する現象である。GaNレーザを用いた光ディスクシステムでは、光ディスクの再生時に戻り光によりレーザのノイズが増大するのを防止するため、レーザ駆動電流に高周波信号を重畳する。ところが、GaNレーザでは、再生時の平均パワーが低い状態でも、尖塔値の高いスパイク状の出力がでているため、これが原因となって、再生時に記録したデータが劣化する再生光劣化の問題が発生する。  When a semiconductor laser based on a GaN substrate has a large relaxation oscillation and high frequency superposition is performed, spike noise is generated. This is a phenomenon in which when the current injected into the semiconductor laser is modulated with a high-frequency signal, the output light waveform changes in a spike shape due to relaxation oscillation, and a pulse output many times higher than the modulation degree is generated. In an optical disk system using a GaN laser, a high-frequency signal is superimposed on a laser drive current in order to prevent laser noise from increasing due to return light during reproduction of the optical disk. However, since the GaN laser produces a spike-like output with a high spire value even when the average power during reproduction is low, this causes the problem of degradation of the reproduction light that deteriorates the data recorded during reproduction. appear.

これに対して、電極を複数に分割して一部の電極部に高周波信号を重畳する構成では、レーザの戻り光ノイズを低減した状態で、スパイク状出力の尖塔値を半分以下に大幅に低減できることが分かった。  On the other hand, in the configuration in which the electrode is divided into a plurality of parts and a high frequency signal is superimposed on a part of the electrode part, the spire output spire value is greatly reduced to less than half while the laser return light noise is reduced. I understood that I could do it.

従って、本実施の形態2の、下部電極を複数に分割した面発光レーザ100bは、光ディスク装置等への応用に好ましい。  Therefore, the surface emitting laser 100b according to the second embodiment in which the lower electrode is divided into a plurality of parts is preferable for application to an optical disk device or the like.

また、GaN系レーザ以外のレーザ、例えば、AlGaAs系半導体材料やAlGaInP系半導体材料を用いた半導体レーザであっても、電極を分割した構造として、レーザ駆動電流に高周波信号を効率よく重畳することは可能である。  In addition, even a laser other than a GaN-based laser, for example, a semiconductor laser using an AlGaAs-based semiconductor material or an AlGaInP-based semiconductor material, can efficiently superimpose a high-frequency signal on a laser drive current as a structure in which electrodes are divided. Is possible.

さらに、本実施の形態2の、下部電極を複数に分割した構成は、面発光レーザの出力を変調する場合にも有効な役割を果たす。  Furthermore, the configuration of the second embodiment in which the lower electrode is divided into a plurality of parts plays an effective role even when the output of the surface emitting laser is modulated.

現在、半導体レーザの出力を変調する場合、レーザの駆動電流全体を変調する。ところが、半導体レーザの駆動電流全体を変化させると、消費電力の増大により半導体レーザの温度が変化して発振波長が変動するチャーピング現象が発生する。例えば、光ディスク等のメディアに対する記録を行う場合、光源光を変調しながら記録を行うが、この際に、チャーピングにより光源光の波長が変動すると、色収差の影響で集光スポットの大きさが変化する。この現象は、光学系の分散特性が顕著になる短波長領域で特に顕著になる。  Currently, when modulating the output of a semiconductor laser, the entire laser drive current is modulated. However, when the entire driving current of the semiconductor laser is changed, a chirping phenomenon in which the oscillation wavelength varies due to a change in the temperature of the semiconductor laser due to an increase in power consumption occurs. For example, when recording on a medium such as an optical disk, recording is performed while modulating the light source light. At this time, if the wavelength of the light source light fluctuates due to chirping, the size of the focused spot changes due to the influence of chromatic aberration. To do. This phenomenon is particularly remarkable in a short wavelength region where the dispersion characteristics of the optical system are remarkable.

本実施の形態2の面発光レーザ100bは、このようなチャーピング現象を抑制する上で有効なものであり、下部電極を2つの電極部に分割した構造として、一方の電極部に注入する電流を変調することで、注入電流の変調に伴う、レーザ全体での注入電流の変動が小さくなり、チャーピングを小さく抑えることができる。  The surface emitting laser 100b according to the second embodiment is effective in suppressing such a chirping phenomenon, and has a structure in which the lower electrode is divided into two electrode portions, and the current injected into one electrode portion. By modulating, the variation of the injection current in the entire laser accompanying the modulation of the injection current is reduced, and chirping can be suppressed to a low level.

このように本実施の形態2では、下部電極60を内側電極部60aと外側電極部60bの2つに分割した構造とし、発光領域の中心から遠い外側電極部に高周波信号を重畳したレーザ駆動電圧を印加するので、面発光レーザの活性層に注入するキャリアの密度分布を、活性層内での光の強度分布に応じた分布とすることができる。  As described above, in the second embodiment, the lower electrode 60 is divided into the inner electrode portion 60a and the outer electrode portion 60b, and the laser driving voltage in which the high frequency signal is superimposed on the outer electrode portion far from the center of the light emitting region. Therefore, the density distribution of carriers injected into the active layer of the surface emitting laser can be made to be a distribution according to the light intensity distribution in the active layer.

具体的には、従来の単一構造の電極を有する面発光レーザに比べて、同じ注入電流値であっても、発光中心部分により多くのキャリアを注入することができるとともに、発光中心から遠い電極部から活性層に注入されるキャリア密度が極端に高くなる現象を緩和することができる。その結果、スロープ効率の向上により、注入キャリア密度の低減、および光出力の飽和レベルの向上を図ることができる。  Specifically, as compared with a conventional surface emitting laser having a single-structure electrode, it is possible to inject more carriers into the emission center portion even at the same injection current value, and an electrode far from the emission center. The phenomenon in which the density of carriers injected from the portion into the active layer becomes extremely high can be alleviated. As a result, by improving the slope efficiency, it is possible to reduce the injected carrier density and improve the saturation level of the optical output.

さらに、本実施の形態2の面発光レーザにおける複数に分割された電極構造による高光出力化の効果は、しきい値キャリア密度が高く、微分利得の高い窒化ガリウム系の面発光レーザにおいて特に有効である。  Furthermore, the effect of increasing the light output by the electrode structure divided into a plurality of in the surface emitting laser of the second embodiment is particularly effective in a gallium nitride surface emitting laser having a high threshold carrier density and a high differential gain. is there.

なお、本実施の形態2では、下部電極60を2分割構造としたが、下部電極はさらに細かく分割した構造としてもよい。このとき、分割された複数の電極部分は、レーザ光の発光中心の周りに実質的に均一に配置されるようにする。これにより、簡単に光強度分布の異なる活性層内でのキャリア密度を均一にすることができ、また、より安定した単一横モード動作を高出力時に実現することができる。  In the second embodiment, the lower electrode 60 has a two-divided structure, but the lower electrode may have a more finely divided structure. At this time, the plurality of divided electrode portions are arranged substantially uniformly around the emission center of the laser beam. Thereby, the carrier density in the active layers having different light intensity distributions can be made uniform easily, and more stable single transverse mode operation can be realized at high output.

また、本実施の形態2の面発光レーザは、上述したIII−V族窒化物系半導体材料からなるものに限るものではない。例えば、実施の形態2の面発光レーザの構成材料は、AlGaAs系やAlGaInP系半導体材料、あるいはZnSe系半導体材料であってもよく、このような半導体材料を用いた場合も、下部電極を複数に分割した構造により、安定した基本横モードでレーザ発振する高出力半導体レーザを実現することができる。  Further, the surface emitting laser according to the second embodiment is not limited to the one made of the above-described III-V group nitride semiconductor material. For example, the constituent material of the surface emitting laser according to the second embodiment may be an AlGaAs-based, AlGaInP-based semiconductor material, or a ZnSe-based semiconductor material. Even when such a semiconductor material is used, a plurality of lower electrodes are provided. With the divided structure, it is possible to realize a high-power semiconductor laser that performs laser oscillation in a stable fundamental transverse mode.

また、上記実施の形態1あるいは実施の形態2では、半導体基板上に形成された単一の面発光レーザについて説明したが、1つの半導体基板上には実施の形態1の面発光レーザ100aあるいは実施の形態2の面発光レーザ100bを複数形成してもよい。  In the first embodiment or the second embodiment, the single surface emitting laser formed on the semiconductor substrate has been described. However, the surface emitting laser 100a according to the first embodiment or the embodiment is formed on one semiconductor substrate. A plurality of the surface emitting lasers 100b of the second embodiment may be formed.

図5は、1つの半導体基板上に複数の面発光レーザを形成した半導体レーザ装置の具体例を示す図であり、図5(a)はその下部電極の形状を示し、図5(b)はVb−Vb断面図を示している。  FIG. 5 is a diagram showing a specific example of a semiconductor laser device in which a plurality of surface emitting lasers are formed on one semiconductor substrate. FIG. 5 (a) shows the shape of the lower electrode, and FIG. Vb-Vb sectional drawing is shown.

この半導体レーザ装置120は、図5(a)に示すように、1つの半導体基板22上に、実施の形態2の面発光レーザと同一の面発光レーザ120bを複数形成してなるものである。  As shown in FIG. 5A, the semiconductor laser device 120 is formed by forming a plurality of surface-emitting lasers 120b identical to the surface-emitting laser of the second embodiment on one semiconductor substrate 22.

具体的には、図5(b)に示すように、上記半導体基板22の表面には、活性層23及びDBR層24が積層されている。そして、半導体基板22の表面側には、DBR層24の表面側から基板内部に達する分離溝62aが形成され、該分離溝内には絶縁材料が埋め込まれ、抵抗分離領域62となっている。この分離溝62aは、縦方向及び横方向に複数形成されており、分離溝62aにより囲まれた領域上には、実施の形態2の下部電極と同様、2分割した下部電極26が配置されている。  Specifically, as shown in FIG. 5B, an active layer 23 and a DBR layer 24 are stacked on the surface of the semiconductor substrate 22. A separation groove 62 a that reaches the inside of the substrate from the surface side of the DBR layer 24 is formed on the surface side of the semiconductor substrate 22, and an insulating material is embedded in the separation groove to form a resistance separation region 62. A plurality of the separation grooves 62a are formed in the vertical direction and the horizontal direction, and the lower electrode 26 divided into two is arranged on the region surrounded by the separation grooves 62a, like the lower electrode in the second embodiment. Yes.

また、上記半導体基板22のもう一方の表面上には、該下部電極26に対向するようリング形状の上部電極25が形成され、該基板22の上部電極25の内側部分には、エッチングによる凹部29が形成されている。さらに、該上部電極25の上方には、外部ミラー21が配置されている。  Further, a ring-shaped upper electrode 25 is formed on the other surface of the semiconductor substrate 22 so as to face the lower electrode 26, and a concave portion 29 by etching is formed on an inner portion of the upper electrode 25 of the substrate 22. Is formed. Further, an external mirror 21 is disposed above the upper electrode 25.

このように面発光レーザ120bを一つの基板内に複数形成し、該隣接する面発光レーザ120bの間を抵抗分離領域62で分離することにより、高出力化を図ることが可能となり、隣接する面発光レーザ120bの間での相互の影響は抵抗分離領域62により避けることができる。  Thus, by forming a plurality of surface emitting lasers 120b in one substrate and separating the adjacent surface emitting lasers 120b by the resistance isolation region 62, it becomes possible to achieve high output, and the adjacent surfaces Mutual influence between the light emitting lasers 120 b can be avoided by the resistance isolation region 62.

(実施の形態3)
図6は、本発明の実施の形態3によるレーザ投射装置を説明する概略構成図である。
(Embodiment 3)
FIG. 6 is a schematic configuration diagram illustrating a laser projection apparatus according to Embodiment 3 of the present invention.

この実施の形態3のレーザ投影装置130は、レーザ光源131と、レーザ光源131から出たレーザ光を平行化するレンズ132と、平行化されたレーザ光を空間的に変調する空間変調器133と、変調されたレーザ光をスクリーン135上に投射する投影レンズ134とを有している。そして、本実施の形態3のレーザ投影装置130では、レーザ光源には、下部電極を複数に分割した実施の形態2の面発光レーザ100bと同一のものを用いている。また、この実施の形態3のレーザ光源である面発光レーザでは、下部電極の、分割した複数の電極部の一部の電極部から活性層に注入する電流を変調し、さらに、上記複数の電極部の一部に注入する電流にRF信号を重畳するようにしている。特に、この実施の形態の面発光レーザでは、内側電極部と外側電極部には異なる周波数の高周波信号を重畳するようにしている。  The laser projector 130 according to the third embodiment includes a laser light source 131, a lens 132 that collimates laser light emitted from the laser light source 131, and a spatial modulator 133 that spatially modulates the collimated laser light. And a projection lens 134 that projects the modulated laser beam onto the screen 135. In the laser projector 130 of the third embodiment, the same laser light source as the surface emitting laser 100b of the second embodiment in which the lower electrode is divided into a plurality of parts is used. In the surface-emitting laser that is the laser light source of the third embodiment, the current injected from the partial electrode portion of the lower electrode into the active layer of the lower electrode is modulated, and further, the plurality of electrodes The RF signal is superimposed on the current injected into a part of the part. In particular, in the surface emitting laser of this embodiment, high frequency signals having different frequencies are superimposed on the inner electrode portion and the outer electrode portion.

次に作用効果について説明する。
以下、まず、このようなレーザ投射装置の一種であるレーザディスプレイに応用される半導体レーザの構成について述べる。
Next, the function and effect will be described.
Hereinafter, first, the configuration of a semiconductor laser applied to a laser display which is a kind of such a laser projection apparatus will be described.

レーザディスプレイは、RGBレーザ光を用いたディスプレイ装置であり、レーザ出力としては数100mWから数W以上の大出力が必要とされる。  The laser display is a display device using RGB laser light, and a large output of several hundred mW to several watts or more is required as a laser output.

そこで上記実施の形態1,2の面発光レーザを、上記実施の形態3のレーザ投影装置の一種であるレーザディスプレイに応用する場合について考える。  Therefore, consider a case where the surface emitting lasers of the first and second embodiments are applied to a laser display which is a kind of the laser projection apparatus of the third embodiment.

上記実施の形態1,2の面発光レーザは、以下に示す特長を有する。
第1の特長は、高出力化が容易であり、安定した単一横モード発振を行うことができることである。
The surface emitting lasers of the first and second embodiments have the following features.
The first feature is that high output is easy and stable single transverse mode oscillation can be performed.

また、第2の特長は、ビーム形状が理想的な円形に近く、このため、整形光学系を必要とすることなく、単純な光学系でレーザディスプレイ用の集光ビームを実現することができる点である。特に、上記実施の形態2の面発光レーザ100bは、高出力の光変調を実行可能なものである。  In addition, the second feature is that the beam shape is close to an ideal circle, and therefore, a converging beam for a laser display can be realized with a simple optical system without requiring a shaping optical system. It is. In particular, the surface emitting laser 100b of the second embodiment is capable of performing high-power optical modulation.

このような出力特性を有する面発光レーザをレーザディスプレイに応用することは非常に有効であるが、レーザディスプレイ用の光源として用いるためには、上述の出力特性に加えて、次の特性が要求される。  Although it is very effective to apply a surface emitting laser having such output characteristics to a laser display, in order to use it as a light source for a laser display, the following characteristics are required in addition to the above output characteristics. The

まず、波長の安定性が要求される。特に、赤色レーザにおいては、視感度の波長変化が大きいので、±1nm以下に波長変化を抑える必要がある。  First, wavelength stability is required. In particular, in a red laser, the wavelength change of the visibility is large, so it is necessary to suppress the wavelength change to ± 1 nm or less.

また、スペックルノイズを低減させるためには、コヒーレンスの低減が重要であり、波長スペクトル幅を数nmに拡大する必要がある。  Moreover, in order to reduce speckle noise, it is important to reduce coherence, and it is necessary to expand the wavelength spectrum width to several nm.

本実施の形態3では、上記2点の課題、つまり波長変化を抑制する点と、波長スペクトル幅を拡大する点は解決されたものとなっており、従来のものと比較しながら説明する。  In the third embodiment, the above two problems, that is, the point of suppressing the wavelength change and the point of expanding the wavelength spectrum width have been solved, and will be described in comparison with the conventional one.

まず、波長の安定化について述べる。
レーザ光により映像を投射する場合、レーザ出力強度を階調に合わせて変調する必要がある。このとき問題となるのが、出力強度と共に、モードの安定性と波長変化である。つまり、レーザディスプレイでは、レーザ光を100mW以上から数mW以下の値にまで変調する必要があるが、この際、レーザ波長が出力強度と共に変化する。従って従来の高出力半導体レーザでは、高出力時と低出力時とでは、駆動電流が大きく異なることから、レーザの温度の差により発振波長が大きく異なるチャーピングが発生してしまう。
First, wavelength stabilization will be described.
When an image is projected by laser light, it is necessary to modulate the laser output intensity according to the gradation. At this time, the problem is the mode stability and wavelength change as well as the output intensity. That is, in the laser display, it is necessary to modulate the laser light from 100 mW to a value of several mW or less. At this time, the laser wavelength changes with the output intensity. Therefore, in the conventional high-power semiconductor laser, the driving current differs greatly between high output and low output, so that chirping with significantly different oscillation wavelengths occurs due to the difference in laser temperature.

これに対して、本実施の形態3のレーザ投影装置130のレーザ光源である面発光レーザは、図4に示すように下部電極を複数の電極部に分割し、一部の電極部から活性層に注入する電流を変調するようにしたことで、注入電流の変化を低減させることができ、波長変動の少ない、かつ安定した変調を行うことができる。また、この面発光レーザでは、横モードの安定化により、階調度の増大化を図ることができる。  On the other hand, the surface emitting laser that is the laser light source of the laser projector 130 according to the third embodiment divides the lower electrode into a plurality of electrode portions as shown in FIG. By modulating the current injected into the substrate, changes in the injected current can be reduced, and stable modulation can be performed with little wavelength fluctuation. Further, in this surface emitting laser, the gradation can be increased by stabilizing the transverse mode.

次に、スペックルノイズを低減させるための波長スペクトル幅の拡大について述べる。
レーザディスプレイ光源としては、高出力特性を必要とするため、平均出力を100mW以上に保った状態で高周波重畳を行うことが必要となる。
Next, expansion of the wavelength spectrum width for reducing speckle noise will be described.
Since a laser display light source requires high output characteristics, it is necessary to perform high-frequency superposition while maintaining an average output at 100 mW or more.

従って、従来の半導体レーザでは、数100mAの電流を注入した状態で高周波重畳を行う必要があり、数100mAの電流振幅をもった高周波信号を印加するハイパワーの高周波回路が必要であった。しかしながら、非常に大きな消費電力が必要となるため、消費電力の低減化、および外部放射の低減化が問題となる。  Therefore, in the conventional semiconductor laser, it is necessary to perform high-frequency superimposition while injecting a current of several hundred mA, and a high-power high-frequency circuit for applying a high-frequency signal having a current amplitude of several hundred mA is required. However, since very large power consumption is required, reduction of power consumption and reduction of external radiation are problems.

これに対し、本実施の形態3のレーザ光源としての面発光レーザでは、分割した複数の電極部の一部に注入する電流にRF信号を重畳することにより、RF電流を低減することができるとともに、活性層の、発光領域の中心から離れた部分では、電流密度を低減でき、これにより注入電流を低減することができる。その結果、注入電流に依存する、重畳するRF信号の振幅を大幅に低減することが可能となり、システムの簡易化、小型化、低消費電力化を実現することができる。  In contrast, in the surface emitting laser as the laser light source according to the third embodiment, the RF current can be reduced by superimposing the RF signal on the current injected into a part of the plurality of divided electrode portions. In the portion of the active layer that is away from the center of the light emitting region, the current density can be reduced, thereby reducing the injection current. As a result, the amplitude of the superimposed RF signal that depends on the injected current can be greatly reduced, and the system can be simplified, reduced in size, and reduced in power consumption.

次に、コヒーレンスのさらなる低減によるスペックルノイズの防止について説明する。
コヒーレンスの低下は、スペクトル幅の拡大に比例するため、スペクトル幅を大きく広げると、よりスペックルノイズを低減することができる。これを実現するためには、半導体レーザの駆動電流に重畳する高周波電流のパワーを増大することが有効であるが、該重畳する高周波電流のパワー増大によるスペクトル幅の拡大は、波長で数nm程度に限られる。
Next, prevention of speckle noise by further reducing coherence will be described.
Since the decrease in coherence is proportional to the expansion of the spectrum width, the speckle noise can be further reduced if the spectrum width is greatly increased. In order to realize this, it is effective to increase the power of the high-frequency current superimposed on the driving current of the semiconductor laser, but the spectral width expansion due to the power increase of the superimposed high-frequency current is about several nm in wavelength. Limited to.

そこで、本実施の形態3のレーザ光源としての面発光レーザでは、スペクトル幅がさらに拡大するよう、分割した内側電極部と外側電極部には異なる周波数の高周波信号を印加するようにしている。  Therefore, in the surface emitting laser as the laser light source of the third embodiment, high-frequency signals with different frequencies are applied to the divided inner electrode portion and outer electrode portion so that the spectrum width is further expanded.

例えば、内側電極部と外側電極部の一方に、500MHzの高周波信号を印加し、その他方に400MHzの高周波信号を印加すると、各電極部からの注入電流による発振状態の相対的な乱れが大きくなり、スペクトル幅の広がりが大きくなる。このとき、スペクトル幅の増大は周波数依存性があるが、スペクトル幅の増大量を、一つの電極に高周波信号を印加する場合に比べて、1.2〜1.5倍に高めることができる。  For example, if a high frequency signal of 500 MHz is applied to one of the inner electrode portion and the outer electrode portion and a high frequency signal of 400 MHz is applied to the other, the relative disturbance of the oscillation state due to the injected current from each electrode portion increases. The spread of the spectrum width is increased. At this time, although the increase in the spectrum width is frequency-dependent, the amount of increase in the spectrum width can be increased by 1.2 to 1.5 times compared to the case where a high frequency signal is applied to one electrode.

本実施の形態3のレーザ投射装置130で用いる、実施の形態2の面発光レーザの分割電極構造は、100mW以上の高出力光のコヒーレンス低減に特に有効である。  The split electrode structure of the surface emitting laser according to the second embodiment used in the laser projection device 130 according to the third embodiment is particularly effective for reducing the coherence of high output light of 100 mW or more.

また、本実施の形態3のレーザ投射装置で用いる面発光レーザでは、過飽和吸収を利用した自励発振により発振波長を変動させて、スペックルノイズを低減することが可能である。なお、自励発振は、半導体レーザに直流電流を流しているにもかかわらず、パルス状にレーザ光を放出している発振状態である。  Further, in the surface emitting laser used in the laser projection apparatus of the third embodiment, it is possible to reduce speckle noise by changing the oscillation wavelength by self-excited oscillation using supersaturated absorption. The self-excited oscillation is an oscillation state in which laser light is emitted in a pulsed manner despite a direct current flowing through the semiconductor laser.

つまり、自励発振は過飽和吸収を利用するため、高出力半導体レーザに適用することは難しかったが、この実施の形態3のレーザ投射装置で用いる面発光レーザは、下部電極を内側電極部と外側電極部とに2分割した構造となっているため、活性層における、注入電流密度を小さくするようにしている下部電極の周辺に対応する部分に、過飽和吸収体を設けることにより、高出力面発光レーザにおいて、過飽和吸収を利用した自励発振によりスペックルノイズを低減することが可能となる。  That is, since self-excited oscillation uses supersaturated absorption, it was difficult to apply it to a high-power semiconductor laser. However, the surface emitting laser used in the laser projection apparatus of Embodiment 3 has a lower electrode that is connected to an inner electrode portion and an outer electrode. Since it has a structure divided into two parts with the electrode part, high output surface emission can be achieved by providing a saturable absorber in the part of the active layer corresponding to the periphery of the lower electrode where the injection current density is reduced. In the laser, speckle noise can be reduced by self-excited oscillation using supersaturated absorption.

このように本実施の形態3では、レーザ投射装置のレーザ光源として、実施の形態2と同様、下部電極を内側電極部と外側電極部に2分割した構造の面発光レーザを用いたので、活性層に注入される電流の密度を、活性層内での光強度分布に整合したものとすることができ、しかも活性層の、発光領域の中心から離れた部分では、電流密度を低減できるため、注入電流を低減することができる。  As described above, in the third embodiment, as the laser light source of the laser projection apparatus, a surface emitting laser having a structure in which the lower electrode is divided into the inner electrode portion and the outer electrode portion is used as in the second embodiment. The density of current injected into the layer can be matched to the light intensity distribution in the active layer, and the current density can be reduced in the portion of the active layer away from the center of the light emitting region, The injection current can be reduced.

また、本実施の形態3では、分割した複数の電極の一部から活性層に注入する電流にRF信号を重畳することにより、RF電流を低減することができる。
その結果、レーザ投射装置の簡易化、小型化、低消費電力化を実現することができる。
In the third embodiment, the RF current can be reduced by superimposing the RF signal on the current injected into the active layer from some of the divided electrodes.
As a result, it is possible to realize simplification, miniaturization, and low power consumption of the laser projection apparatus.

(実施の形態4)
図7は、本発明の実施の形態4による面発光レーザを説明する図であり、面発光レーザの断面構造を示している。なお、図7中、図1と同一符号は、実施の形態1の面発光レーザにおけるものと同一のものである。
(Embodiment 4)
FIG. 7 is a diagram for explaining a surface emitting laser according to Embodiment 4 of the present invention, and shows a cross-sectional structure of the surface emitting laser. In FIG. 7, the same reference numerals as those in FIG. 1 are the same as those in the surface emitting laser according to the first embodiment.

この実施の形態4の面発光レーザ100dは、上記実施の形態1の面発光レーザ100aにおける外部ミラー1に代えて、その両面を凹面形状とした外部ミラー10を備えたものである。  The surface emitting laser 100d according to the fourth embodiment includes an external mirror 10 having concave surfaces on both sides, instead of the external mirror 1 in the surface emitting laser 100a according to the first embodiment.

次に作用効果について説明する。
面発光レーザは、出射光の広がり角が小さくファイバー等の光学系との結合が容易なものである。しかしながら、外部のレンズ等を用いたバルク光学系の小型化には、面発光レーザの、出射光の広がり角が小さいという特性は好ましくない。これは、面発光レーザからの出射光をレンズ系によりコリメートあるいは集光する場合、レンズの有効径まで光を広げるのに必要な距離が長くなってしまうからである。
Next, the function and effect will be described.
A surface emitting laser has a small divergence angle of emitted light and can be easily coupled to an optical system such as a fiber. However, in order to reduce the size of the bulk optical system using an external lens or the like, the characteristic that the spread angle of the emitted light is small is not preferable. This is because when the emitted light from the surface emitting laser is collimated or condensed by the lens system, the distance required to spread the light to the effective diameter of the lens becomes long.

これに対し、本実施の形態4の面発光レーザ100dは、図7に示すように、外部ミラー10の両面を凹面形状として、出射光8の広がり角を大きくしたものである。従って、この実施の形態4の面発光レーザ100dは、その出射光がレンズの有効径まで広がるのに必要な距離は短いものであり、バルク光学系の小型化に有効なものである。  On the other hand, as shown in FIG. 7, the surface emitting laser 100d according to the fourth embodiment is configured such that both surfaces of the external mirror 10 are concave and the spread angle of the outgoing light 8 is increased. Therefore, the surface-emitting laser 100d according to the fourth embodiment has a short distance required for the emitted light to spread to the effective diameter of the lens, and is effective for reducing the size of the bulk optical system.

(実施の形態5)
図8は、本発明の実施の形態5によるレーザモジュールの一例を示す図であり、図8(a)は側面図、図8(b)は平面図である。
(Embodiment 5)
8A and 8B are diagrams showing an example of a laser module according to Embodiment 5 of the present invention, in which FIG. 8A is a side view and FIG. 8B is a plan view.

この実施の形態5のレーザモジュール150は、レーザディスプレイへの応用を目的とした小型のRGB光源として有用なものである。  The laser module 150 of the fifth embodiment is useful as a small RGB light source for application to a laser display.

このレーザモジュール150は、パッケージに面発光レーザを実装してなるものであり、パッケージのベース部材151上に3つの面発光レーザ101〜103が取り付けられている。該ベース部材151の裏面が放熱面となっており、また、このベース部材151の裏面側には、面発光レーザ101,102,103のリード端子101a,102a,103aが取り出されている。  This laser module 150 is formed by mounting a surface emitting laser on a package, and three surface emitting lasers 101 to 103 are mounted on a base member 151 of the package. The back surface of the base member 151 is a heat radiating surface, and the lead terminals 101a, 102a, and 103a of the surface emitting lasers 101, 102, and 103 are taken out from the back surface side of the base member 151.

ここで、各面発光レーザ101〜103は、実施の形態1ないし4のいずれかで説明した面発光レーザと同一の構成を有しており、面発光レーザ101は赤色面発光レーザ、面発光レーザ102は緑色面発光レーザ、面発光レーザ103は青色面発光レーザである。そして、上記ベース部材151上のこれら3つの面発光レーザは、パッケージの中心をその中心とする1つの円周上に等間隔で配置されている。  Here, each of the surface emitting lasers 101 to 103 has the same configuration as the surface emitting laser described in any of Embodiments 1 to 4, and the surface emitting laser 101 is a red surface emitting laser or a surface emitting laser. Reference numeral 102 denotes a green surface emitting laser, and the surface emitting laser 103 is a blue surface emitting laser. These three surface-emitting lasers on the base member 151 are arranged at equal intervals on one circumference with the center of the package as the center.

次に作用効果について説明する。
小型のレーザディスプレイを実現するには、光源の小型化が必須である。これを実現するには、上記実施の形態1ないし4で説明した面発光レーザを光源として用いるのが有効である。
Next, the function and effect will be described.
To realize a small laser display, it is essential to reduce the size of the light source. In order to realize this, it is effective to use the surface emitting laser described in the first to fourth embodiments as a light source.

上記実施の形態1ないし4で挙げた面発光レーザは、外部ミラーを有しているため、その高出力化が可能となる。また、これらの面発光レーザは、下部電極近傍に位置する活性層を有しているため、放熱特性に優れ、高出力を発生する上で有利なものである。また、面発光レーザは、基板側端面での光のパワー密度が低いため、端面劣化が無く、信頼性に優れている等の特徴を有する。特に、上記実施の形態2の面発光レーザは、電極分割構造により高出力特性を飛躍的に向上できることでも優位性が得られるものである。  Since the surface emitting lasers mentioned in the first to fourth embodiments have an external mirror, the output can be increased. In addition, these surface emitting lasers have an active layer located in the vicinity of the lower electrode, and therefore have excellent heat dissipation characteristics and are advantageous in generating high output. Further, the surface emitting laser has characteristics such as no deterioration of the end face and excellent reliability because the light power density at the end face on the substrate side is low. In particular, the surface emitting laser according to the second embodiment is advantageous in that the high output characteristics can be dramatically improved by the electrode division structure.

さらに、面発光レーザは、モジュール化した多波長集積化光源を実現するのに有効である。具体的には、面発光レーザは、底面放熱、つまり、レーザ光の出射面とは反対側の面からの放熱ができるため、図8に示すように、異なる面発光レーザを単一パッケージに実装する場合、パッケージ構造が非常に単純となり低コスト化が図れる。また、レーザモジュールである多波長集積化光源では、放熱はパッケージ裏面から行うことができ、レーザ出力はパッケージ前面から取り出すことができる。  Furthermore, the surface emitting laser is effective for realizing a modularized multi-wavelength integrated light source. Specifically, the surface-emitting laser can dissipate the bottom surface, that is, dissipate from the surface opposite to the laser light emission surface, so that different surface-emitting lasers are mounted in a single package as shown in FIG. In this case, the package structure becomes very simple and the cost can be reduced. Further, in the multi-wavelength integrated light source that is a laser module, heat radiation can be performed from the back surface of the package, and laser output can be extracted from the front surface of the package.

このように本実施の形態5では、上記いずれかの実施の形態で挙げた面発光レーザと同一構成を有する、赤色、緑色、及び青色の3つの面発光レーザ101,102,103をパッケージ内に実装してレーザモジュールを構成したので、小型の集積光源を得ることが可能となり、その結果、超小型のレーザ照射装置を実現することができる。  As described above, in the fifth embodiment, the three surface emitting lasers 101, 102, 103 of red, green, and blue having the same configuration as the surface emitting laser described in any of the above embodiments are included in the package. Since the laser module is configured by mounting, a small integrated light source can be obtained, and as a result, an ultra-small laser irradiation apparatus can be realized.

なお、上記実施の形態5では、面発光レーザをパッケージに実装してなるレーザモジュールとして、3波長のレーザ光を出力する多波長光源を示したが、多波長光源は、2つの波長を備えたものであっても、4つ以上の波長を備えたものであってもよい。  In the fifth embodiment, a multi-wavelength light source that outputs three wavelengths of laser light is shown as a laser module in which a surface emitting laser is mounted on a package. However, the multi-wavelength light source has two wavelengths. Even a thing with four or more wavelengths may be sufficient.

また、上記レーザモジュールを構成する面発光レーザの個数や、パッケージ内での面発光レーザの配置は、上記実施の形態5のものに限るものではない。  Further, the number of surface emitting lasers constituting the laser module and the arrangement of the surface emitting lasers in the package are not limited to those of the fifth embodiment.

図9は、上記実施の形態5のレーザモジュールにおける面発光レーザの個数や配置を変更したものを示す図であり、図9(a)は側面図、図9(b)は平面図である。  FIGS. 9A and 9B are diagrams showing a modification of the number and arrangement of surface emitting lasers in the laser module of the fifth embodiment. FIG. 9A is a side view and FIG. 9B is a plan view.

図9に示すレーザモジュール150aは、図8に示すレーザモジュール150と同様、RGB3波長のレーザ光源を実現したものである。  A laser module 150a shown in FIG. 9 realizes an RGB three-wavelength laser light source, similar to the laser module 150 shown in FIG.

このレーザモジュール150aは、パッケージに4つの面発光レーザを実装してなるものであり、パッケージのベース部材151の中央部には、2つの緑色面発光レーザ106及び107が、パッケージ中心を通る1つの軸線上に位置するよう、近接させて配置されている。また、パッケージ中心を通る、上記軸線と直交するもう1つの軸線上には、上記2つの緑色面発光レーザを挟むよう、赤色面発光レーザ104と青色面発光レーザ105とが配置されている。ここで、上記各面発光レーザは、実施の形態1ないし4のいずれかの面発光レーザと同一構成を有しており、ベース部材上での4つの面発光レーザの配置は、パッケージ中心に対して対称な配置となっている。  This laser module 150a is formed by mounting four surface emitting lasers on a package, and two green surface emitting lasers 106 and 107 are provided at the center of a package base member 151. It arrange | positions so that it may be located on an axis line. A red surface emitting laser 104 and a blue surface emitting laser 105 are arranged on another axis passing through the center of the package and perpendicular to the axis so as to sandwich the two green surface emitting lasers. Here, each of the surface emitting lasers has the same configuration as any of the surface emitting lasers of the first to fourth embodiments, and the arrangement of the four surface emitting lasers on the base member is relative to the center of the package. Are symmetrically arranged.

なお、上記ベース部材151の裏面は放熱面となっており、また、このベース部材151の裏面側には、面発光レーザ104,105,106,107のリード端子104a,105a,106a,107aが取り出されている。  The back surface of the base member 151 is a heat dissipation surface, and the lead terminals 104a, 105a, 106a, and 107a of the surface emitting lasers 104, 105, 106, and 107 are taken out from the back surface side of the base member 151. It is.

このような赤色、緑色、青色の3波長レーザ光を発生するRGB光源としてのレーザモジュールでは、それぞれの色の面発光レーザの配置が重要である。つまり、面発光レーザによりRGB光源を実現する場合、特に高出力化が難しいのが緑色光源である。緑色光源は、通常ZnSeレーザ材料により実現されているが、高出力時に寿命が低下する。このため比較的低出力で使用する必要がある。  In a laser module as an RGB light source that generates such red, green, and blue three-wavelength laser beams, the arrangement of the surface emitting lasers of the respective colors is important. That is, when an RGB light source is realized by a surface emitting laser, a green light source is particularly difficult to achieve high output. The green light source is usually realized by a ZnSe laser material, but its lifetime is reduced at high output. For this reason, it must be used at a relatively low output.

そこで、図9に示すレーザモジュール150では、図9(b)に示すように、緑色面発光レーザ104及び105は2つ使用し、これらを近接させて配置するとともに、これらの緑色面発光レーザの両側に赤色面発光レーザ106と青色面発光レーザ107を配置している。これによりレーザ光源の高出力化と長寿命化を実現することができる。  Therefore, in the laser module 150 shown in FIG. 9, as shown in FIG. 9B, two green surface emitting lasers 104 and 105 are used and arranged close to each other, and the green surface emitting lasers of these green surface emitting lasers are arranged. A red surface emitting laser 106 and a blue surface emitting laser 107 are disposed on both sides. As a result, high output and long life of the laser light source can be realized.

さらに、RGB光源である、図8に示す実施の形態5のレーザモジュール150や、レーザモジュール150における面発光レーザの個数や配置を変更したレーザモジュール150aは、液晶パネル、またはDLP(デジタル・ライト・プロセッシング)で用いるDMD(デジタル・マイクロミラー・デバイス)等の2次元空間変調素子と組み合わることにより、RGB光源から出た光を2次元空間変調素子で変調し、その像を投射するレーザ照射装置を実現することができ、レーザディスプレイへ応用することができる。  Further, the laser module 150 according to the fifth embodiment shown in FIG. 8 that is an RGB light source and the laser module 150a in which the number and arrangement of the surface emitting lasers in the laser module 150 are changed include a liquid crystal panel or a DLP (digital light Laser irradiation device that modulates the light emitted from the RGB light source with a two-dimensional spatial modulation element and projects the image by combining it with a two-dimensional spatial modulation element such as DMD (digital micromirror device) used in processing And can be applied to a laser display.

(実施の形態6)
図10は本発明の実施の形態6による半導体レーザ装置を説明する図である。
(Embodiment 6)
FIG. 10 is a diagram for explaining a semiconductor laser device according to a sixth embodiment of the present invention.

この半導体レーザ装置160は、レーザ光を面発光する面発光レーザと、該面発光レーザの共振器内に配置され、該面発光レーザからのレーザ光を波長変換する波長変換素子161とを備えている。  The semiconductor laser device 160 includes a surface emitting laser that emits surface light from a laser beam, and a wavelength conversion element 161 that is disposed in a resonator of the surface emitting laser and converts the wavelength of the laser light from the surface emitting laser. Yes.

ここで、面発光レーザは、実施の形態1の面発光レーザ100aと同一の構成となっている。但し、この半導体レーザ装置における面発光レーザは、実施の形態1の面発光レーザに限らず、実施の形態2ないし4のいずれかで説明した面発光レーザであってもよい。  Here, the surface emitting laser has the same configuration as the surface emitting laser 100a of the first embodiment. However, the surface emitting laser in this semiconductor laser device is not limited to the surface emitting laser of the first embodiment, and may be the surface emitting laser described in any of the second to fourth embodiments.

また、上記波長変換素子161は、上記共振器を構成する外部ミラー1と、半導体基板2a上に形成された活性層3との間に配置された非線形光学結晶部材からなる。  The wavelength converting element 161 is made of a nonlinear optical crystal member disposed between the external mirror 1 constituting the resonator and the active layer 3 formed on the semiconductor substrate 2a.

ここで、非線形光学結晶材料としては、KTiOPOや分極反転MgOLiNbOが好ましい。特に、分極反転MgOLiNbOは、非線形定数が大きいため、波長変換素子の素子長を短くすることができ、外部ミラーとの距離が比較的短い共振器に挿入するのには都合が良い。Here, as the nonlinear optical crystal material, KTiOPO 4 or polarization inversion MgOLiNbO 3 is preferable. In particular, since the polarization inversion MgOLiNbO 3 has a large non-linear constant, the element length of the wavelength conversion element can be shortened, which is convenient for insertion into a resonator having a relatively short distance from the external mirror.

次に作用効果について説明する。
この実施の形態6の半導体レーザ装置160は、面発光レーザで発生されたレーザ光を、上記波長変換素子161により波長変換することにより、短波長のレーザ光を出力可能なものである。
Next, the function and effect will be described.
The semiconductor laser device 160 according to the sixth embodiment can output laser light having a short wavelength by converting the wavelength of laser light generated by a surface emitting laser by the wavelength conversion element 161.

以下、本実施の形態の半導体レーザ装置160の特長について簡単に説明する。  Hereinafter, features of the semiconductor laser device 160 of the present embodiment will be briefly described.

波長変換素子は、一般に変換可能な波長許容度が狭いものであるため、レーザ発振する基本波の波長および横モードの安定性は波長変換効率に大きく影響する。また、通常の面発光レーザでは、横モードのシングルモード性が劣化または変化すると、変換効率が大幅に低下または変動するという問題点があった、  Since the wavelength conversion element generally has a narrow convertible wavelength tolerance, the wavelength of the fundamental wave that causes laser oscillation and the stability of the transverse mode greatly affect the wavelength conversion efficiency. In addition, in a normal surface emitting laser, when the single mode property of the transverse mode is deteriorated or changed, there is a problem that the conversion efficiency is greatly reduced or changed.

これに対し、本実施の形態6の半導体レーザ装置では優れた安定性と高効率化が実現可能である。  In contrast, the semiconductor laser device of the sixth embodiment can achieve excellent stability and high efficiency.

つまり、共振器内に波長変換素子を構成する非線形光学結晶部材を配置しているため、非線形光学結晶部材に入射する光のパワー密度が高くなり、波長変換素子での高効率変換が可能となる。  That is, since the nonlinear optical crystal member constituting the wavelength conversion element is arranged in the resonator, the power density of light incident on the nonlinear optical crystal member is increased, and high-efficiency conversion by the wavelength conversion element is possible. .

なお、上記実施の形態6では、面発光レーザと波長変換素子とを組み合わせた半導体レーザ装置として、波長変換素子を面発光レーザの共振器内に配置したものを示したが、波長変換素子は、共振器の外部に配置してもよい。  In the sixth embodiment, the semiconductor laser device in which the surface emitting laser and the wavelength conversion element are combined has been shown in which the wavelength conversion element is disposed in the resonator of the surface emitting laser. You may arrange | position outside a resonator.

図11は、上記実施の形態6の半導体レーザ装置における波長変換素子の配置を変更したものを示す図である。  FIG. 11 is a diagram showing a modified arrangement of wavelength conversion elements in the semiconductor laser device of the sixth embodiment.

図11に示す半導体レーザ装置160aは、波長変換素子161aを共振器の外部に配置したものであり、その他の構成は、上記実施の形態6の半導体レーザ160と同一である。  A semiconductor laser device 160a shown in FIG. 11 has a wavelength conversion element 161a arranged outside the resonator, and the other configuration is the same as that of the semiconductor laser 160 of the sixth embodiment.

また、図10及び図11に示す半導体レーザ装置における波長変換素子としては、導波路型の素子であっても、またはバルク型の素子であってもよい。  Further, the wavelength conversion element in the semiconductor laser device shown in FIGS. 10 and 11 may be a waveguide type element or a bulk type element.

但し、波長変換素子における変換効率は基本波の集光特性に大きく依存するため、横モードのシングル化が重要である。従って、面発光レーザの出力光を波長変換して短波長光を出力する半導体レーザ装置は、上記実施の形態6で示したように、横モードを単一モードに制御可能であって、高出力の波長変換を実行可能とする必要がある。  However, since the conversion efficiency in the wavelength conversion element largely depends on the condensing characteristic of the fundamental wave, it is important to use a single transverse mode. Therefore, the semiconductor laser device that outputs the short wavelength light by converting the wavelength of the output light of the surface emitting laser can control the transverse mode to a single mode as shown in the sixth embodiment, and has a high output. It is necessary to be able to perform wavelength conversion.

(実施の形態7)
図12は、本発明の実施の形態7によるレーザ投射装置を説明する概略構成図である。
(Embodiment 7)
FIG. 12 is a schematic configuration diagram illustrating a laser projection apparatus according to the seventh embodiment of the present invention.

この実施の形態7のレーザ投影装置170は、レーザ光源171と、レーザ光源171から出たレーザ光をスクリーン173上に投射する投影光学系172とを有している。そして、本実施の形態7のレーザ投影装置170では、レーザ光源として、実施の形態2の面発光レーザ100bと同一構成のものを用いている。但し、レーザ投影装置170のレーザ光源として用いる面発光レーザは、実施の形態2のものに限らず、その他の実施の形態で示したものでもよい。  The laser projector 170 according to the seventh embodiment includes a laser light source 171 and a projection optical system 172 that projects laser light emitted from the laser light source 171 onto a screen 173. In the laser projector 170 according to the seventh embodiment, a laser light source having the same configuration as that of the surface emitting laser 100b according to the second embodiment is used. However, the surface emitting laser used as the laser light source of the laser projection device 170 is not limited to that of the second embodiment, and may be those shown in other embodiments.

以下、このようなレーザ投射装置の一種であるレーザディスプレイについて述べる。  Hereinafter, a laser display which is a kind of such a laser projection apparatus will be described.

レーザディスプレイは、RGB光源および投射光学系からなり、レーザ光源からの光を投射光学系によりスクリーン等へ投射することにより、フルカラーの映像を投射するものである。投影方式としては、外部のスクリーンや壁などの投射体に投射し、その反射光を見るタイプと、背面投射型としてスクリーンの背面から光を照射して反射光を見るタイプに分類されるが、いずれの場合にも、スクリーン等で散乱された光によって、色を認識している。  The laser display is composed of an RGB light source and a projection optical system, and projects a full-color image by projecting light from the laser light source onto a screen or the like by the projection optical system. As a projection method, it is classified into a type of projecting on a projection body such as an external screen or a wall and viewing the reflected light, and a type of irradiating light from the back of the screen as a rear projection type and viewing the reflected light. In either case, the color is recognized by the light scattered by the screen or the like.

しかしながら、従来のレーザディスプレイにおいて、コヒーレンスの高い半導体レーザを利用する場合、スクリーンで散乱された光が干渉してスペックルノイズを発生するという問題が発生する。スペックルノイズを低減する有効な方法としては、レーザ光のコヒーレンスを低減する方法がある。レーザ光のコヒーレンス低減には、縦モードをマルチモード化するのが有効で、特に縦モードのスペクトル幅を拡大することで、スペックルノイズは大幅に低減することができる。  However, when a conventional laser display uses a semiconductor laser with high coherence, there is a problem in that speckle noise is generated due to interference of light scattered by the screen. As an effective method for reducing speckle noise, there is a method for reducing the coherence of laser light. In order to reduce the coherence of the laser light, it is effective to make the longitudinal mode multi-mode. In particular, the speckle noise can be greatly reduced by expanding the spectrum width of the longitudinal mode.

本実施の形態7のレーザ投射装置のレーザ光源として用いる面発光レーザでは、上記実施の形態2で示したように、分割された複数の電極部の一部に高周波信号を重畳することで、スペクトル幅を拡大し、コヒーレンスを低減することが可能となる。スペックルノイズを低減するには、縦モードスペクトル幅を波長で1nm以上、さらに望ましくは5nm程度以上に拡大することが必要とされる。  In the surface emitting laser used as the laser light source of the laser projection apparatus of the seventh embodiment, as shown in the second embodiment, the spectrum is obtained by superimposing a high-frequency signal on a part of the plurality of divided electrode portions. The width can be increased and the coherence can be reduced. In order to reduce speckle noise, it is necessary to expand the longitudinal mode spectrum width in terms of wavelength to 1 nm or more, and more desirably to about 5 nm or more.

また、異なる電極部に異なる周波数の高周波信号を印加する方法を利用することにより、縦モードスペクトル幅のさらなる拡大が可能となる。  Further, the longitudinal mode spectrum width can be further expanded by using a method of applying high-frequency signals having different frequencies to different electrode portions.

レーザディスプレイに使用する波長と視感度の関係より、RGB光源の発振波長が重要になる。視感度の影響で、使用する波長と必要な光強度が決まる。また色度の影響で、波長と色再現性の広さが決定される。  The oscillation wavelength of the RGB light source is important from the relationship between the wavelength used for the laser display and the visibility. The wavelength used and the required light intensity are determined by the effect of visibility. The width of wavelength and color reproducibility is determined by the influence of chromaticity.

図13に、青色光源の波長と必要な出力の関係を示す。ここでは、赤色の波長を640nm、緑色は532nmに固定したとき、スクリーン上で1000lmの明るさを実現するための、青色の波長と必要な出力の関係を示している。  FIG. 13 shows the relationship between the wavelength of the blue light source and the required output. Here, when the red wavelength is fixed at 640 nm and the green color is fixed at 532 nm, the relationship between the blue wavelength and the necessary output is shown to achieve a brightness of 1000 lm on the screen.

青色光は、波長が430nm以下になると視感度が低下するため、必要パワーが急増する。また460nm以上になると緑色の領域に近づくため、表現可能な色範囲が狭くなると同時に青色を表現するための必要パワーが増大する。同時に赤色のパワーも増大する結果となる。  The blue light has a sharp increase in required power because the visibility decreases when the wavelength is 430 nm or less. Further, when the wavelength is 460 nm or more, it approaches the green region, so that the color range that can be expressed becomes narrow and at the same time, the necessary power for expressing blue increases. At the same time, the red power increases.

一方、GaN半導体による青色面発光レーザは通常410nm近傍で高出力レーザが実現されている。この波長を長波長側にシフトさせるにはInの添加量を増大させる必要があるが、Inの添加量を増大させるとInの偏析により結晶組成が悪くなり、信頼性、高出力特性が劣化する。従って、GaNを用いた青色レーザでは波長を455nm以下に設定することが望まれる。色再現性の観点からも波長が短い青色光源を用いる方が青色領域において表現できる色の範囲が広がるため、好ましい。  On the other hand, a blue surface emitting laser using a GaN semiconductor is usually a high output laser in the vicinity of 410 nm. In order to shift this wavelength to the longer wavelength side, it is necessary to increase the amount of In added. However, if the amount of In added is increased, the crystal composition deteriorates due to segregation of In, and the reliability and high output characteristics deteriorate. . Therefore, it is desirable to set the wavelength to 455 nm or less in a blue laser using GaN. From the viewpoint of color reproducibility, it is preferable to use a blue light source having a short wavelength because the range of colors that can be expressed in the blue region is widened.

以上の観点より、青色面発光レーザの波長領域としては、430nm〜455nmの領域が好ましい。さらに好ましくは、波長領域を440〜450nmとすることが望まれる。この場合、必要パワーの低減による低消費電力化と、高い色再現性を実現できる。  From the above viewpoint, the wavelength region of the blue surface emitting laser is preferably a region of 430 nm to 455 nm. More preferably, the wavelength region is desired to be 440 to 450 nm. In this case, it is possible to realize low power consumption and high color reproducibility by reducing required power.

赤色面発光レーザはAlGaAs系半導体材料またはAlGaInP系半導体材料によって実現できる。しかしながら高出力化を実現するには、波長領域を630〜650の領域とすることが好ましい。さらに、視感度および青色光の使用波長範囲を拡大する意味からも、波長領域は640nm±5nmの範囲が最も好ましい。  The red surface emitting laser can be realized by an AlGaAs semiconductor material or an AlGaInP semiconductor material. However, in order to achieve high output, it is preferable to set the wavelength region to a region of 630 to 650. Furthermore, the wavelength region is most preferably in the range of 640 nm ± 5 nm from the viewpoint of expanding visibility and the wavelength range of blue light used.

緑色面発光レーザは、ZnSe系半導体材料により実現可能である。  The green surface emitting laser can be realized with a ZnSe-based semiconductor material.

つまり、ファブリペロー型半導体レーザにおいては導波路内の光パワー密度が高いため、ZnSe系半導体材料を用いた場合、信頼性を得るのが難しかった。しかしながら、緑色レーザを、本発明の面発光レーザの構成とすることで、結晶内での光パワー密度の低減が図れ、高信頼性が確保できる。緑色面発光レーザの色バランスを考慮した波長領域としては、510〜550nmの波長領域が必要である。但し、面発光レーザの信頼性を考慮すると、波長領域は510〜520nmの領域が望ましく、この領域において高い信頼性と高出力特性が実現できる。また、緑色面発光レーザは、GaNにInを大量にドーピングした半導体材料でも実現可能である。この場合でも波長領域としては500〜520nmの領域が望ましい。  That is, in the Fabry-Perot semiconductor laser, the optical power density in the waveguide is high, and it is difficult to obtain reliability when using a ZnSe-based semiconductor material. However, when the green laser is configured as the surface emitting laser of the present invention, the optical power density in the crystal can be reduced, and high reliability can be ensured. As a wavelength region considering the color balance of the green surface emitting laser, a wavelength region of 510 to 550 nm is necessary. However, in consideration of the reliability of the surface emitting laser, the wavelength region is desirably a region of 510 to 520 nm, and high reliability and high output characteristics can be realized in this region. The green surface emitting laser can also be realized by a semiconductor material in which GaN is doped with a large amount of In. Even in this case, a wavelength region of 500 to 520 nm is desirable.

以上のように、本発明の面発光レーザは、発光領域での光パワー密度分布によって発生するホールバーニングを抑制して、横モードの不安定化や利得の低下といった高出力特性の劣化を低減できるものであり、高出力な半導体レーザを必要とする光記録装置、光ディスプレイ装置等の光源として有用であり、またその他、レーザ加工、医用等への応用にも有用なものである。  As described above, the surface emitting laser according to the present invention can suppress hole burning caused by the optical power density distribution in the light emitting region, and can reduce deterioration of high output characteristics such as instability of the transverse mode and reduction of gain. It is useful as a light source for optical recording devices, optical display devices and the like that require high-power semiconductor lasers, and is also useful for other applications such as laser processing and medical use.

本発明は、面発光レーザおよびレーザ投射装置に関し、特に、安定して高出力で動作する面発光レーザ、およびこれを光源として用いたレーザ投射装置に関するものである。   The present invention relates to a surface emitting laser and a laser projection device, and more particularly to a surface emitting laser that operates stably at a high output and a laser projection device using the surface emitting laser as a light source.

面発光レーザは、低しきい値でレーザ発振を行う、優れたビーム品質をもつ半導体レーザであり、出力光を高速で変調可能であるという変調特性を利用した光通信分野への応用が実現されている。しかしながら、面発光レーザの課題として高出力化が難しいという問題があった。   Surface-emitting lasers are semiconductor lasers that perform laser oscillation at a low threshold and have excellent beam quality, and can be applied to the optical communication field using modulation characteristics that output light can be modulated at high speed. ing. However, there is a problem that it is difficult to increase the output as a problem of the surface emitting laser.

面発光レーザは、薄膜により構成されているため、その構造上、共振器長が非常に短い。このため、共振器長を増大して十分な利得を得ることは難しい。   Since the surface emitting laser is composed of a thin film, the resonator length is very short due to its structure. For this reason, it is difficult to increase the resonator length to obtain a sufficient gain.

一方、面発光レーザの駆動電流を増大して高出力化を図ることも考えられるが、面発光レーザでは、活性層内のキャリア密度が高すぎる場合、空間的ホールバーニングによる利得飽和により光出力が飽和して、高光出力動作が阻害される。   On the other hand, it is conceivable to increase the driving current of the surface emitting laser to increase the output, but in the surface emitting laser, when the carrier density in the active layer is too high, the light output is increased due to gain saturation due to spatial hole burning. Saturation impedes high light output operation.

このようなことから、共振器長を増大したり駆動電流を増大したりすることなく面発光レーザの高出力化を図るには、面発光レーザにおけるビーム断面積を増大させることが有効であると考えられる。   For this reason, it is effective to increase the beam cross-sectional area of the surface-emitting laser in order to increase the output of the surface-emitting laser without increasing the resonator length or driving current. Conceivable.

ところが、このような共振器長の短い構造の面発光レーザでは、レーザの高出力化を図るためにビーム断面積を増大させると、共振器内での横モードがマルチモード化してしまい、ビーム品質や発振効率を著しく低下させるという問題が生じていた。   However, in such a surface emitting laser with a short resonator length, if the beam cross-sectional area is increased in order to increase the output of the laser, the transverse mode in the resonator becomes multimode, and the beam quality is increased. In addition, there has been a problem that the oscillation efficiency is remarkably lowered.

これに対して、このようなビーム品質や発振効率の低下をなくするようにした面発光レーザはすでに開発されており、例えば、特許文献1には、面発光レーザにおいて、横モードのマルチ化を抑えつつ、ビーム断面積を増大させたものが開示されている。   On the other hand, surface emitting lasers that have eliminated such beam quality and oscillation efficiency degradation have already been developed. For example, Patent Document 1 discloses that the surface emitting lasers have multiple transverse modes. An increase in beam cross-sectional area while suppressing is disclosed.

図14は、特許文献1に開示の面発光レーザを説明する図であり、図14(a)はその断面構造,図14(b)はその下部電極の形状を示しており、また、図14(c)は、この面発光レーザの活性層の、下部電極に対向する領域での光の強度分布を示している。   14A and 14B are diagrams for explaining the surface emitting laser disclosed in Patent Document 1. FIG. 14A shows the cross-sectional structure, FIG. 14B shows the shape of the lower electrode, and FIG. (C) shows the light intensity distribution in the region facing the lower electrode of the active layer of this surface emitting laser.

図14(a)に示す面発光レーザ200は、半導体基板2と、該半導体基板2の一方の面に形成された活性層3と、該活性層3上に形成された反射層4とを有している。ここで、該反射層4は、屈折率の異なる材料4a及び4bを交互に積層してなる分散型ブラッグ反射層であり、以下、DBR(Distributed Bragg Reflector)層ともいう。また、上記面発光レーザ200は、上記DBR層4の表面上に形成された円形の下部電極600と、上記基板2のもう一方の面上に該下部電極600に対向する領域を囲むよう形成された、リング形状の上部電極5とを有している。   A surface emitting laser 200 shown in FIG. 14A has a semiconductor substrate 2, an active layer 3 formed on one surface of the semiconductor substrate 2, and a reflective layer 4 formed on the active layer 3. is doing. Here, the reflection layer 4 is a distributed Bragg reflection layer in which materials 4a and 4b having different refractive indexes are alternately stacked, and is also referred to as a DBR (Distributed Bragg Reflector) layer. The surface emitting laser 200 is formed so as to surround a circular lower electrode 600 formed on the surface of the DBR layer 4 and a region facing the lower electrode 600 on the other surface of the substrate 2. And an upper electrode 5 having a ring shape.

また、この面発光レーザ200は、上記表面電極5の上方に、その内側の基板表面に対向するよう配置された外部ミラー1を有しており、この面発光レーザ200では、DBR層4と外部ミラー1とにより、活性層3で発生した光をレーザ発振が生ずるよう増幅する共振器が構成されている。ここで、DBR層4は全反射層であり、外部ミラー1は一部透過ミラーである。   The surface-emitting laser 200 has an external mirror 1 disposed above the surface electrode 5 so as to face the inner substrate surface. In the surface-emitting laser 200, the DBR layer 4 and an external The mirror 1 constitutes a resonator that amplifies the light generated in the active layer 3 so that laser oscillation occurs. Here, the DBR layer 4 is a total reflection layer, and the external mirror 1 is a partially transmissive mirror.

次に動作について説明する。
この面発光レーザ200では、上部電極5及び下部電極600の間に駆動電圧が印加され、活性層3内に電流が注入されると、活性層3内では光が発生し、発生した光は共振器により増幅される。そして、この注入電流の大きさが一定値、つまりレーザ発振閾値より大きくなると、共振器内でレーザ発振が生じ、レーザ光8が外部ミラー1を介して外部に出射される。このとき、レーザ光8は、面発光され、レーザ光の出射方向は、基板2の表面に対して垂直な方向となっている。
Next, the operation will be described.
In the surface emitting laser 200, when a driving voltage is applied between the upper electrode 5 and the lower electrode 600 and a current is injected into the active layer 3, light is generated in the active layer 3, and the generated light is resonant. Amplified by the instrument. When the magnitude of the injection current becomes a certain value, that is, larger than the laser oscillation threshold, laser oscillation occurs in the resonator, and the laser beam 8 is emitted to the outside via the external mirror 1. At this time, the laser light 8 is surface-emitted, and the emission direction of the laser light is a direction perpendicular to the surface of the substrate 2.

このように上記特許文献1に開示の面発光レーザでは、共振器を構成する一方のミラーを外部ミラー1として基板から離間して配置して、共振器長の増大を図っている。つまり、このような外部ミラー1を用いることにより、ビーム断面積が大きい値のものとなっても、共振モードをシングル化することが可能となり、高出力特性を実現している。   As described above, in the surface emitting laser disclosed in Patent Document 1, one of the mirrors constituting the resonator is arranged as an external mirror 1 apart from the substrate to increase the resonator length. That is, by using such an external mirror 1, even if the beam cross-sectional area has a large value, the resonance mode can be made single, and high output characteristics are realized.

また、特許文献2には、面発光レーザにおいて活性層内のキャリア密度を均一化する電極構造が開示されている。   Patent Document 2 discloses an electrode structure for making the carrier density in the active layer uniform in a surface emitting laser.

この特許文献2に開示されている面発光レーザでは、裏面電極を複数に分割することにより、活性層内へ注入する電流の分布を制御可能とし、これにより大口径の面発光レーザを実現している。
米国特許第6404797号明細書 特開平11−233889号公報
In the surface emitting laser disclosed in Patent Document 2, the distribution of the current injected into the active layer can be controlled by dividing the back electrode into a plurality of parts, thereby realizing a large surface emitting laser. Yes.
US Pat. No. 6,404,797 Japanese Patent Laid-Open No. 11-233889

しかしながら、特許文献1に開示の面発光レーザ200では、高出力特性を実現する上で、活性層内におけるキャリア密度分布が問題となる。つまり、この文献記載の面発光レーザ200では、活性層3の、下部電極600に対応する領域での光の強度分布は、図14(c)に示すように、ガウス分布に近い分布となり、活性層の発光中心部分で光強度Lpがピークとなっている。一方、面発光レーザ200の活性層3の、下部電極600に対応する領域では、その中心部とその周辺部とでは光強度分布に大きな偏りがあるにもかかわらず、活性層3内に注入されるキャリア密度Cdは一様である。このため、活性層3の下部電極600に対応する領域の中心部の周辺部分では、活性層内に存在するキャリアの密度が大きく、キャリアが過剰な状態となっており、一方、上記領域の中心部分では、キャリア不足の状態が生じている。このようなキャリアの不均一な分布により、活性層3では屈折率分布が発生し、共振モードがマルチ化してしまうこととなる。さらに、利得飽和の発生も懸念される。   However, in the surface emitting laser 200 disclosed in Patent Document 1, the carrier density distribution in the active layer becomes a problem when realizing high output characteristics. That is, in the surface emitting laser 200 described in this document, the light intensity distribution in the region corresponding to the lower electrode 600 of the active layer 3 is a distribution close to a Gaussian distribution as shown in FIG. The light intensity Lp has a peak at the light emission center portion of the layer. On the other hand, in the region corresponding to the lower electrode 600 in the active layer 3 of the surface emitting laser 200, the light is not injected into the active layer 3 even though there is a large deviation in the light intensity distribution between the central portion and the peripheral portion. The carrier density Cd is uniform. For this reason, the density of carriers existing in the active layer is large in the peripheral portion of the central portion of the region corresponding to the lower electrode 600 of the active layer 3, and the carrier is in an excessive state. In the part, there is a shortage of carriers. Due to such a non-uniform distribution of carriers, a refractive index distribution is generated in the active layer 3 and the resonance mode becomes multi-dimensional. Furthermore, there is a concern about the occurrence of gain saturation.

この現象は、AlGaAs系半導体材料(AlxGa1-xAs(0≦x≦1))からなる赤外半導体レーザや、AlGaInP系半導体材料(AlxGayIn1-x-yP(0≦x≦1、0≦y≦1))からなる赤色半導体レーザと比べて、利得飽和が生ずるしきいキャリア密度が極めて高く、なおかつ微分利得が高い窒化物系半導体レーザで特に顕著となる。 This phenomenon is caused by an infrared semiconductor laser made of an AlGaAs-based semiconductor material (Al x Ga 1-x As (0 ≦ x ≦ 1)) or an AlGaInP-based semiconductor material (Al x Ga y In 1-xy P (0 ≦ x Compared with a red semiconductor laser having a ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1)), this is particularly remarkable in a nitride semiconductor laser having a very high threshold carrier density and high differential gain.

また、特許文献2に開示の面発光レーザでは、複数の電極を分割する部分の抵抗分離層により、活性層に注入される電流にロスが生じて効率が低下するという問題がある。   In addition, the surface emitting laser disclosed in Patent Document 2 has a problem in that efficiency is lowered due to a loss in current injected into the active layer due to a portion of the resistance separation layer that divides a plurality of electrodes.

本発明は、上記のような従来の問題点を解決したものであり、安定した横モードでレーザ発振を行うことができ、しかも活性層への電流注入を効率よく行うことができる高出力の面発光レーザ、並びにこのような高出力の面発光レーザを光源として用いたレーザ投射装置を提供することを目的とする。   The present invention solves the conventional problems as described above, and can perform laser oscillation in a stable transverse mode, and can efficiently inject current into an active layer. It is an object of the present invention to provide a light emitting laser and a laser projection apparatus using such a high output surface emitting laser as a light source.

上記課題を解決するために、本発明の請求項1に記載の面発光レーザは、レーザ光の面発光を行う面発光レーザであって、半導体基板上に形成された活性層と、前記活性層にキャリアを注入する一対の電極とを有し、前記一対の電極は、その一方が1つの電極層からなり、該一方の電極から前記活性層への電流の注入を、該一方の電極の中心部分とその周辺部分とで異なる電流密度で行うものである、ことを特徴とするものである。   In order to solve the above-described problem, a surface emitting laser according to claim 1 of the present invention is a surface emitting laser that performs surface emission of laser light, and includes an active layer formed on a semiconductor substrate, and the active layer. A pair of electrodes for injecting carriers, and one of the pair of electrodes is composed of one electrode layer, and current injection from the one electrode to the active layer is performed at the center of the one electrode. This is performed at different current densities in the portion and the peripheral portion.

これにより、活性層内に注入されるキャリアの密度分布を、活性層内での光強度分布に合わせて調整して、活性層内でのキャリア分布を均一にすることができ、その結果、高出力時の横モード安定性が大幅に増大した、優れた高出力特性を有する面発光レーザを実現することができる。   As a result, the density distribution of carriers injected into the active layer can be adjusted in accordance with the light intensity distribution in the active layer, and the carrier distribution in the active layer can be made uniform. It is possible to realize a surface emitting laser having excellent high output characteristics, in which lateral mode stability during output is greatly increased.

本発明の請求項2に記載の面発光レーザは、請求項1記載の面発光レーザにおいて、前記半導体基板上に複数の半導体層を積層してなる、前記活性層を含む半導体層積層体を有し、前記電極層と前記半導体層積層体とが接触する面密度は、前記電極層の中心部分とその周辺部分とで異なる、ことを特徴とするものである。   A surface-emitting laser according to a second aspect of the present invention is the surface-emitting laser according to the first aspect, wherein the surface-emitting laser includes a semiconductor layer stack including the active layer formed by stacking a plurality of semiconductor layers on the semiconductor substrate. The surface density at which the electrode layer and the semiconductor layer laminate are in contact with each other is different between the central portion of the electrode layer and the peripheral portion thereof.

これにより、活性層内に注入されるキャリアの密度分布を、電極層と半導体層積層体とが接触する面積により調整することができ、光強度分布を有する活性層内でのキャリア分布の均一化を、電極層の形状を変えるなどの簡単な方法で実現することができる。   As a result, the density distribution of carriers injected into the active layer can be adjusted by the contact area between the electrode layer and the semiconductor layer stack, and the carrier distribution in the active layer having a light intensity distribution can be made uniform. Can be realized by a simple method such as changing the shape of the electrode layer.

本発明の請求項3に記載の面発光レーザは、請求項1記載の面発光レーザにおいて、前記一方の電極は、これを構成する電極層に複数の微小穴を、前記微小穴の占有密度が該一方の電極の中心部分とその周辺部分とで異なるよう形成したものである、ことを特徴とするものである。   A surface-emitting laser according to a third aspect of the present invention is the surface-emitting laser according to the first aspect, wherein the one electrode has a plurality of micro holes in an electrode layer constituting the one electrode, and the occupation density of the micro holes is The center portion of the one electrode and the peripheral portion thereof are formed differently.

これにより、活性層内に注入されるキャリアの密度分布を、電極層に形成する複数の微小穴の配置や微小穴の大きさを変えることにより調整することができ、光強度分布を有する活性層内でのキャリア分布の均一化を、電極層の構造の簡単な改変により実現することができる。しかも、半導体層上での電極層全体の広がりを大きくして、電極層からヒートシンクへの放熱効果をより高めることができ、より優れた高出力特性を有する面発光レーザを実現することができる。   Accordingly, the density distribution of carriers injected into the active layer can be adjusted by changing the arrangement of the micro holes formed in the electrode layer and the size of the micro holes, and the active layer having a light intensity distribution. Uniform carrier distribution can be realized by simple modification of the structure of the electrode layer. In addition, the spread of the entire electrode layer on the semiconductor layer can be increased to further enhance the heat dissipation effect from the electrode layer to the heat sink, and a surface emitting laser having more excellent high output characteristics can be realized.

本発明の請求項4に記載の面発光レーザは、請求項1記載の面発光レーザにおいて、前記一方の電極は、これを構成する電極層の抵抗値が該一方の電極の中心部分とその周辺部分とで異なる、ことを特徴とするものである。   A surface-emitting laser according to a fourth aspect of the present invention is the surface-emitting laser according to the first aspect, wherein the one electrode has a resistance value of an electrode layer constituting the one electrode and a central portion of the one electrode and its periphery. It is characterized by being different from the part.

これにより、電極層の材料や成分を変えて電極層の抵抗値を変えることにより、活性層に注入されるキャリアの密度分布を、活性層内での光強度分布に応じてより精密に調整することができる。   As a result, the density distribution of carriers injected into the active layer can be adjusted more precisely according to the light intensity distribution in the active layer by changing the electrode layer material and components to change the resistance value of the electrode layer. be able to.

本発明の請求項5に記載の面発光レーザは、請求項1記載の面発光レーザにおいて、前記半導体基板上に複数の半導体層を積層してなる、前記活性層を含む半導体層積層体と、該半導体層積層体と、前記一方の電極を構成する電極層との間に形成された抵抗層とを有し、前記抵抗層の抵抗値は、前記一方の電極の中心部に対応する部分とその周辺部に対応する部分とで異なる、ことを特徴とするものである。   The surface-emitting laser according to claim 5 of the present invention is the surface-emitting laser according to claim 1, wherein a semiconductor layer stack including the active layer, which is formed by stacking a plurality of semiconductor layers on the semiconductor substrate, A resistance layer formed between the semiconductor layer stack and an electrode layer constituting the one electrode, and a resistance value of the resistance layer is a portion corresponding to a central portion of the one electrode; It differs in the part corresponding to the peripheral part, It is characterized by the above-mentioned.

これにより、抵抗層の材料や成分を変えることにより、活性層に注入されるキャリアの密度分布を、活性層内での光強度分布に応じてより精密に調整することができる。   Thereby, the density distribution of carriers injected into the active layer can be adjusted more precisely according to the light intensity distribution in the active layer by changing the material and components of the resistance layer.

本発明の請求項6に記載の面発光レーザは、請求項1記載の面発光レーザにおいて、前記半導体基板上に複数の半導体層を積層してなる、前記活性層を含む半導体層積層体を有し、該活性層で発生した光をレーザ発振が生ずるよう増幅する共振器は、前記半導体層積層体に含まれる反射層と、該反射層と対向するよう該半導体層積層体から離間して配置した外部ミラーとからなる、ことを特徴とするものである。   A surface-emitting laser according to a sixth aspect of the present invention is the surface-emitting laser according to the first aspect, wherein the surface-emitting laser includes a semiconductor layer stack including the active layer formed by stacking a plurality of semiconductor layers on the semiconductor substrate. And a resonator for amplifying the light generated in the active layer so as to cause laser oscillation, and the reflective layer included in the semiconductor layer stack and the semiconductor layer stack so as to face the reflective layer It is characterized by comprising an external mirror.

これにより、面発光レーザにおける共振器長を大きくすることができ、共振器内の横モードがマルチモード化するのを抑えつつ、ビーム断面積を大きくすることができ、面発光レーザの高出力特性を飛躍的に向上させることができる。   As a result, the cavity length of the surface emitting laser can be increased, the cross-sectional area of the surface emitting laser can be increased while suppressing the transverse mode in the resonator from becoming multimode, and the high output characteristics of the surface emitting laser. Can be dramatically improved.

本発明の請求項7に記載の面発光レーザは、請求項6記載の面発光レーザにおいて、前記外部ミラーは、その両面を凹面形状とした一部透過ミラーである、ことを特徴とするものである。   The surface-emitting laser according to claim 7 of the present invention is the surface-emitting laser according to claim 6, wherein the external mirror is a partially transmissive mirror having concave surfaces on both sides. is there.

これにより、面発光レーザから面発光させるレーザ光の広がり角が大きくなり、面発光レーザを光ファイバなどに結合する光学系には、口径が大きく焦点距離の短い汎用タイプのレンズを用いることが可能となり、該光学系を、安価でしかも光路長の短いコンパクトなものとすることができる。   This increases the divergence angle of the surface emitting laser light from the surface emitting laser, and a general-purpose lens with a large aperture and a short focal length can be used for the optical system that couples the surface emitting laser to an optical fiber or the like. Thus, the optical system can be made compact with a low cost and a short optical path length.

本発明の請求項8に記載の面発光レーザは、請求項1記載の面発光レーザにおいて、前記半導体基板上に複数の半導体層を積層してなる、前記活性層を含む半導体層積層体を有し、該半導体層積層体は、前記活性層の近傍に配置され、該活性層内の過飽和キャリアを吸収する過飽和吸収体を含む、ことを特徴とするものである。   The surface-emitting laser according to claim 8 of the present invention is the surface-emitting laser according to claim 1, wherein the surface-emitting laser has a semiconductor layer stack including the active layer formed by stacking a plurality of semiconductor layers on the semiconductor substrate. The semiconductor layer stack includes a supersaturated absorber that is disposed in the vicinity of the active layer and absorbs supersaturated carriers in the active layer.

これにより、面発光レーザの発振状態を、過飽和キャリアを吸収する現象を利用した自励発振状態、つまり直流電流を流しているにもかかわらず、パルス状にレーザ光を放出する発振状態にすることができ、スペックルノイズを低減することができる。   As a result, the oscillation state of the surface emitting laser is changed to a self-excited oscillation state utilizing a phenomenon of absorbing supersaturated carriers, that is, an oscillation state in which laser light is emitted in a pulsed manner even though a direct current is flowing. Speckle noise can be reduced.

本発明の請求項9記載の面発光レーザは、請求項1記載の面発光レーザにおいて、面発光されたレーザ光の発振波長が、430〜455nmの範囲内の波長である、ことを特徴とするものである。   The surface-emitting laser according to claim 9 of the present invention is the surface-emitting laser according to claim 1, wherein the oscillation wavelength of the surface-emitting laser light is a wavelength within a range of 430 to 455 nm. Is.

これにより、必要パワーの低減による低消費電力化と、高い色再現性とを実現した青色面発光レーザを得ることができる。   Thereby, it is possible to obtain a blue surface emitting laser that realizes low power consumption by reducing required power and high color reproducibility.

本発明の請求項10記載の面発光レーザは、請求項1記載の面発光レーザにおいて、面発光されたレーザ光の発振波長が、630〜650nmの範囲内の波長である、ことを特徴とするものである。
これにより、高出力化を実現した赤色面発光レーザを得ることができる。
The surface-emitting laser according to claim 10 of the present invention is the surface-emitting laser according to claim 1, wherein the oscillation wavelength of the surface-emitting laser light is a wavelength in the range of 630 to 650 nm. Is.
Thereby, a red surface emitting laser realizing high output can be obtained.

本発明の請求項11記載の面発光レーザは、請求項1記載の面発光レーザにおいて、面発光されたレーザ光の発振波長が、510〜550nmの範囲内の波長である、ことを特徴とするものである。
これにより、高い信頼性を備えた緑色面発光レーザを実現することができる。
A surface-emitting laser according to an eleventh aspect of the present invention is the surface-emitting laser according to the first aspect, wherein the oscillation wavelength of the surface-emitting laser light is a wavelength within a range of 510 to 550 nm. Is.
Thereby, a green surface emitting laser with high reliability can be realized.

本発明の請求項12に記載の面発光レーザは、請求項6記載の面発光レーザにおいて、前記外部ミラーと前記活性層との間に配置された、レーザ光の波長を変換する非線形光学材料を有する、ことを特徴とするものである。
これにより、短波長光を発生可能な高出力のレーザ光源を実現することができる。
A surface-emitting laser according to a twelfth aspect of the present invention is the surface-emitting laser according to the sixth aspect, wherein a non-linear optical material that converts the wavelength of the laser light disposed between the external mirror and the active layer is used. It is characterized by having.
As a result, a high-power laser light source that can generate short-wavelength light can be realized.

本発明の請求項13記載の面発光レーザは、請求項1に記載の面発光レーザにおいて、前記半導体基板の表面上に複数の半導体層を積層してなる、前記活性層を含む半導体層積層体を有し、前記半導体基板は、その裏面の一部を前記活性層の表面近傍までエッチングして凹部を形成したものである、ことを特徴とするものである。   The surface-emitting laser according to claim 13 of the present invention is the surface-emitting laser according to claim 1, wherein the semiconductor layer stack includes the active layer formed by stacking a plurality of semiconductor layers on the surface of the semiconductor substrate. The semiconductor substrate is formed by etching a part of the back surface to the vicinity of the surface of the active layer to form a recess.

これにより半導体基板内でのレーザ光の吸収を低減することができ、高出力化を図ることができる。   As a result, the absorption of laser light in the semiconductor substrate can be reduced, and high output can be achieved.

本発明の請求項14記載の半導体レーザ装置は、レーザ光を出力する半導体レーザと、該半導体レーザからのレーザ光を波長変換する波長変換素子とを備えた半導体レーザ装置であって、前記半導体レーザは、請求項1記載の面発光レーザである、ことを特徴とするものである。   According to a fourteenth aspect of the present invention, there is provided a semiconductor laser device comprising: a semiconductor laser that outputs a laser beam; and a wavelength conversion element that converts the wavelength of the laser beam from the semiconductor laser. Is a surface emitting laser according to claim 1.

これにより、前記面発光レーザからのレーザ光を波長変換して出力する、短波長光を発生可能な高出力の半導体レーザ装置を実現することができる。   As a result, it is possible to realize a high-power semiconductor laser device capable of generating short-wavelength light, in which laser light from the surface-emitting laser is wavelength-converted and output.

本発明の請求項15記載のレーザモジュールは、複数の半導体レーザを一つのパッケージ内に集積化してなるレーザモジュールであって、前記各半導体レーザは、請求項1記載の面発光レーザである、ことを特徴とするものである。   A laser module according to claim 15 of the present invention is a laser module in which a plurality of semiconductor lasers are integrated in one package, and each of the semiconductor lasers is a surface emitting laser according to claim 1. It is characterized by.

これにより、RGB光源などの多波長光源を実現することができ、さらにこのような多波長光源と集光光学系を用いることで超小型のレーザ照射装置を実現することができる。   Thereby, a multi-wavelength light source such as an RGB light source can be realized, and an ultra-compact laser irradiation apparatus can be realized by using such a multi-wavelength light source and a condensing optical system.

本発明の請求項16記載のレーザモジュールは、請求項15記載のレーザモジュールにおいて、前記複数の半導体レーザは、前記各半導体レーザが、中心が前記パッケージの中心と一致した正多角形の頂点に位置するよう配置されている、ことを特徴とするものである。   The laser module according to a sixteenth aspect of the present invention is the laser module according to the fifteenth aspect, wherein each of the plurality of semiconductor lasers is positioned at a vertex of a regular polygon whose center coincides with the center of the package. It is arrange | positioned so that it may carry out.

これにより、パッケージ構造を単純化して低コスト化を図ることができるとともに、レーザモジュールの高出力化と長寿命化を実現することができる。   As a result, the package structure can be simplified and the cost can be reduced, and the output and life of the laser module can be increased.

本発明の請求項17記載のレーザ投射装置は、レーザ光を出力する半導体レーザと、該半導体レーザから出力されたレーザ光を投射する投射光学系とを備えたレーザ投射装置であって、上記半導体レーザは、請求項1記載の面発光レーザである、ことを特徴とするものである。   A laser projection apparatus according to claim 17 of the present invention is a laser projection apparatus comprising: a semiconductor laser that outputs laser light; and a projection optical system that projects the laser light output from the semiconductor laser. The laser is a surface emitting laser according to claim 1.

これにより、高出力時の横モード安定性が大幅に増大した、高出力化が可能な超小型のレーザ投射装置を実現することができる。   As a result, it is possible to realize an ultra-compact laser projection device capable of achieving high output, in which the lateral mode stability at high output is greatly increased.

本発明の請求項18記載のレーザ投射装置は、請求項17記載のレーザ投射装置において、前記面発光レーザは、縦モードスペクトルがマルチモードであるレーザ光を出射する、ことを特徴とするものである。   The laser projection device according to an eighteenth aspect of the present invention is the laser projection device according to the seventeenth aspect, wherein the surface emitting laser emits a laser beam having a longitudinal mode spectrum of multimode. is there.

これにより、レーザ光のコヒーレント性が低減することとなり、スペックルノイズの低減を図ることができる。   Thereby, the coherency of the laser light is reduced, and speckle noise can be reduced.

本発明の請求項19記載のレーザ投射装置は、請求項17記載のレーザ投射装置において、前記面発光レーザは、縦モードスペクトルの実質的な幅が1nm以上広がったレーザ光を出射する、ことを特徴とするものである。   According to a nineteenth aspect of the present invention, there is provided the laser projection device according to the seventeenth aspect, wherein the surface emitting laser emits a laser beam having a substantial width of a longitudinal mode spectrum of 1 nm or more. It is a feature.

これにより、スペックルノイズを大幅に低減したレーザ投射装置を実現することができる。   Thereby, it is possible to realize a laser projection apparatus in which speckle noise is greatly reduced.

本発明の請求項20記載の面発光レーザは、レーザ光の面発光を行う面発光レーザであって、半導体基板上に形成された活性層と、前記活性層にキャリアを注入する一対の電極とを有し、前記一対の電極の一方は、複数の電極部分に分割したものであり、該複数の電極部の少なくとも一つには、高周波成分を重畳したレーザ駆動電圧を印加する、ことを特徴とするものである。   A surface-emitting laser according to claim 20 of the present invention is a surface-emitting laser that performs surface emission of a laser beam, an active layer formed on a semiconductor substrate, and a pair of electrodes that inject carriers into the active layer; One of the pair of electrodes is divided into a plurality of electrode portions, and a laser drive voltage on which a high frequency component is superimposed is applied to at least one of the plurality of electrode portions. It is what.

これにより、各電極部に印加する駆動電圧により、各電極部から活性層に注入されるキャリアの密度を調整することが可能となり、面発光レーザ活性層内での光強度分布に拘わらず、活性層内でのキャリア密度を均一にして、高出力時の横モード安定性が大幅に増大した、優れた高出力特性を有する面発光レーザを実現することができる。また、電極部に高周波成分を重畳したレーザ駆動電圧を印加するので、レーザ発振の状態が変化してレーザ光の時間的なコヒーレント性が低下することとなり、これにより戻り光によるノイズを低減することができる。   This makes it possible to adjust the density of carriers injected from each electrode portion into the active layer by the drive voltage applied to each electrode portion, and the active voltage can be obtained regardless of the light intensity distribution in the surface emitting laser active layer. It is possible to realize a surface emitting laser having excellent high output characteristics in which the carrier density in the layer is made uniform and the transverse mode stability at high output is greatly increased. In addition, since a laser drive voltage with a high frequency component superimposed on the electrode is applied, the laser oscillation state changes and the temporal coherency of the laser light is reduced, thereby reducing noise caused by the return light. Can do.

本発明の請求項21に記載の面発光レーザは、請求項20記載の面発光レーザにおいて、前記分割された複数の電極部分は、レーザ光の発光中心の周りに実質的に均一に配置されている、ことを特徴とするものである。   The surface-emitting laser according to claim 21 of the present invention is the surface-emitting laser according to claim 20, wherein the plurality of divided electrode portions are arranged substantially uniformly around the emission center of the laser beam. It is characterized by that.

これにより、発光中心からの距離が等しい電極部に同じレベルの駆動電圧を印加することにより、簡単に、光強度分布の異なる活性層内でのキャリア密度を均一にすることが可能となる。   Thus, by applying the same level of driving voltage to the electrode portions having the same distance from the emission center, it is possible to easily make the carrier density uniform in the active layers having different light intensity distributions.

本発明の請求項22記載の面発光レーザは、請求項20記載の面発光レーザにおいて、前記各電極部分から活性層への電流の注入を、該活性層の発光中心に近い領域ほど電流密度が高くなるよう行う、ことを特徴とするものである。   The surface emitting laser according to claim 22 of the present invention is the surface emitting laser according to claim 20, wherein the current density from the electrode portions to the active layer is closer to the emission center of the active layer. It is characterized in that it is performed so as to be higher.

これにより、光強度のピークが発光中心に位置する光強度分布を有する活性層で、光強度分布に適した注入キャリアの密度分布を実現することができる。   Thereby, the density distribution of the injected carrier suitable for the light intensity distribution can be realized in the active layer having the light intensity distribution in which the peak of the light intensity is located at the emission center.

本発明の請求項23記載の面発光レーザは、請求項20記載の面発光レーザにおいて、前記複数の電極部分の少なくとも一つに、変調されたレーザ駆動電圧を印加する、ことを特徴とするものである。   The surface emitting laser according to claim 23 of the present invention is the surface emitting laser according to claim 20, wherein a modulated laser driving voltage is applied to at least one of the plurality of electrode portions. It is.

これにより、発振波長が変動するチャーピング現象を緩和しつつ、コヒーレント性の低下によりスペックルノイズを抑えることができる。   As a result, speckle noise can be suppressed by reducing coherency while alleviating the chirping phenomenon in which the oscillation wavelength varies.

本発明の請求項24記載の面発光レーザは、請求項20記載の面発光レーザにおいて、前記各電極部分が形成する各半導体レーザ部を、異なる注入電流で駆動する、ことを特徴とするものである。   A surface-emitting laser according to a twenty-fourth aspect of the present invention is the surface-emitting laser according to the twentieth aspect, wherein each semiconductor laser portion formed by each electrode portion is driven with a different injection current. is there.

これにより、各半導体レーザに対応する活性層では、光強度分布に対応したキャリア注入密度を実現することが可能となり、面発光レーザの高出力化を、空間的なホールバーニングを抑えつつ図ることができる。   As a result, in the active layer corresponding to each semiconductor laser, it becomes possible to realize a carrier injection density corresponding to the light intensity distribution, and to increase the output of the surface emitting laser while suppressing spatial hole burning. it can.

本発明の請求項25に記載の面発光レーザは、請求項20記載の面発光レーザにおいて、前記半導体基板の表面上に複数の半導体層を積層してなる、前記活性層を含む半導体層積層体を有し、前記半導体基板は、その裏面の一部を前記活性層の表面近傍までエッチングして凹部を形成したものである、ことを特徴とするものである。   The surface-emitting laser according to claim 25 of the present invention is the surface-emitting laser according to claim 20, wherein the semiconductor layer stack includes the active layer and is formed by stacking a plurality of semiconductor layers on the surface of the semiconductor substrate. The semiconductor substrate is formed by etching a part of the back surface to the vicinity of the surface of the active layer to form a recess.

これにより半導体基板内でのレーザ光の吸収を低減することができ、高出力化を図ることができる。   As a result, the absorption of laser light in the semiconductor substrate can be reduced, and high output can be achieved.

本発明によれば、面発光レーザにおいて、面発光レーザの活性層に注入するキャリアの密度分布を、活性層内での光のパワー分布に応じた分布とすることにより、活性層の、電極周辺部に対応する領域での電流密度の増大によるホールバーニングの発生を回避して、高出力時の横モード安定性を大幅に増大させて高出力特性の向上を図ることができる。   According to the present invention, in the surface-emitting laser, the density distribution of carriers injected into the active layer of the surface-emitting laser is made to be a distribution according to the light power distribution in the active layer. It is possible to avoid the occurrence of hole burning due to an increase in current density in the region corresponding to the portion, and to greatly increase the transverse mode stability at the time of high output, thereby improving the high output characteristics.

この結果、安定した横モードでレーザ発振を行うことができ、しかも活性層への電流注入を効率よく行うことができる高出力の面発光レーザ、並びにこのような高出力の面発光レーザを光源として用いたレーザ投射装置を得ることができる。   As a result, a high-power surface-emitting laser capable of performing laser oscillation in a stable transverse mode and efficiently injecting current into the active layer, and such a high-power surface-emitting laser as a light source. The laser projection apparatus used can be obtained.

以下、図面を参照して本発明に係る実施形態を詳細に説明する。   Embodiments according to the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.

(実施の形態1)
図1は、本発明の実施の形態1による面発光レーザを説明する図であり、図1(a)はその断面構造を、図1(b)はその下部電極の形状を示し、図1(c)は、活性層の発光領域での光強度分布を示している。なお、図1中、図14と同一符号は、従来の面発光レーザにおけるものと同一のものである。
(Embodiment 1)
1A and 1B are diagrams for explaining a surface emitting laser according to Embodiment 1 of the present invention. FIG. 1A shows a sectional structure thereof, FIG. 1B shows a shape of a lower electrode thereof, and FIG. c) shows the light intensity distribution in the light emitting region of the active layer. In FIG. 1, the same reference numerals as those in FIG. 14 are the same as those in the conventional surface emitting laser.

この実施の形態1の面発光レーザ100aは、半導体基板2aの表面上に活性層3及び反射層4を積層してなる半導体層積層体110と、該反射層4上の所定領域に形成された下部電極6と、上記半導体基板2aの裏面側に形成された平面リング形状の上部電極5とを有している。   The surface emitting laser 100a according to the first embodiment is formed in a semiconductor layer stack 110 in which an active layer 3 and a reflective layer 4 are stacked on the surface of a semiconductor substrate 2a, and in a predetermined region on the reflective layer 4. A lower electrode 6 and a planar ring-shaped upper electrode 5 formed on the back side of the semiconductor substrate 2a are provided.

ここで、上記半導体基板はGaNを主成分とする窒素化合物からなり、上記活性層3はGaNを主体とする窒化物半導体からなる。上記反射層4は、上記活性層3上に屈折率の異なる材料4a及び4bを交互に積層してなる分散型ブラック反射層(以下、DBR層という。)である。   Here, the semiconductor substrate is made of a nitrogen compound mainly containing GaN, and the active layer 3 is made of a nitride semiconductor mainly containing GaN. The reflective layer 4 is a dispersive black reflective layer (hereinafter referred to as a DBR layer) formed by alternately laminating materials 4 a and 4 b having different refractive indexes on the active layer 3.

そして、この実施の形態1の面発光レーザ100aでは、上記下部電極6は、正八角形の、その各辺を底辺とする二等辺三角形の領域を切り取って得られる星型形状を有している。従って、該下部電極6とDBR層4との接触する部分の面密度は、該下部電極6の中心部分で大きく、該下部電極6の周辺部分で小さくなっている。ここで、該下部電極6は、その中心が上記リング形状の上部電極5の中心と一致するよう配置されており、その最大幅が上記リング形状の上部電極5の内径より大きく、その外径より小さいものである。また、半導体基板2aの、上部電極5の内側に露出する部分は、活性層3の表面近傍までエッチングされており、他の部分に比べて薄くなっている。   In the surface emitting laser 100a according to the first embodiment, the lower electrode 6 has a star shape obtained by cutting out a regular octagonal region of an isosceles triangle having each side as a base. Therefore, the surface density of the portion where the lower electrode 6 and the DBR layer 4 are in contact is large at the central portion of the lower electrode 6 and is small at the peripheral portion of the lower electrode 6. Here, the lower electrode 6 is arranged so that the center thereof coincides with the center of the ring-shaped upper electrode 5, and the maximum width is larger than the inner diameter of the ring-shaped upper electrode 5, and the outer diameter is larger than the outer diameter. It is a small one. Further, a portion of the semiconductor substrate 2a exposed to the inside of the upper electrode 5 is etched to the vicinity of the surface of the active layer 3, and is thinner than the other portions.

また、この実施の形態1の面発光レーザ100aは、上記リング形状の上部電極5の上方に配置された外部ミラー1を有しており、該外部ミラー1と上記DBR層4とにより、活性層3で発生した光をレーザ発振が生ずるよう増幅する共振器が構成されている。ここで、外部ミラー1の、基板側の表面は凹面形状となっている。   The surface-emitting laser 100a according to the first embodiment has an external mirror 1 disposed above the ring-shaped upper electrode 5, and an active layer is formed by the external mirror 1 and the DBR layer 4. 3 is configured to amplify the light generated in 3 so that laser oscillation occurs. Here, the substrate side surface of the external mirror 1 has a concave shape.

次に作用効果について説明する。
まず、本実施の形態1の面発光レーザ100aのレーザ発振動作について簡単に説明する。
Next, the function and effect will be described.
First, the laser oscillation operation of the surface emitting laser 100a according to the first embodiment will be briefly described.

この面発光レーザ100aでは、上部電極5と下部電極6との間にレーザ駆動電圧が印加されると、活性層3内に電流が注入される。この注入電流の大きさが一定値、つまりレーザ発振閾値より大きくなると、共振器内でレーザ発振が生じ、レーザ光8が外部ミラー1を介して外部に出射される。このとき、レーザ光8は、面発光され、レーザ光の出射方向は、半導体基板2aの表面に対して垂直な方向となっている。   In the surface emitting laser 100 a, when a laser driving voltage is applied between the upper electrode 5 and the lower electrode 6, a current is injected into the active layer 3. When the magnitude of the injection current becomes a certain value, that is, larger than the laser oscillation threshold, laser oscillation occurs in the resonator, and the laser beam 8 is emitted outside through the external mirror 1. At this time, the laser beam 8 is surface-emitted, and the emission direction of the laser beam is perpendicular to the surface of the semiconductor substrate 2a.

次に、本実施の形態1の面発光レーザの特性を、従来のものと比較して説明する。   Next, the characteristics of the surface emitting laser according to the first embodiment will be described in comparison with the conventional one.

従来の面発光レーザでは、下部電極は、DBR層4上に円形の導電体層を形成してなる電極構造となっていた。このため、高いパワーを得るために注入電流を大きくすると、電極周辺部での電流密度が増大し、ホールバーニングの発生により、利得が低下したり横モードが不安定な状態となったりして、注入電流の増大が出力の低下や不安定な動作の原因となる。一方、電極の中心部近傍では、光のパワー密度の増大による注入キャリア不足が発生する。このように従来の面発光レーザでは、高出力時には横モードのマルチ化やモードの不安定化が生じ、安定した横モードを実現することが難しかった。   In the conventional surface emitting laser, the lower electrode has an electrode structure in which a circular conductor layer is formed on the DBR layer 4. For this reason, if the injection current is increased in order to obtain high power, the current density at the periphery of the electrode increases, and due to the occurrence of hole burning, the gain decreases or the transverse mode becomes unstable, An increase in injected current causes a decrease in output and unstable operation. On the other hand, in the vicinity of the center of the electrode, a shortage of injected carriers occurs due to an increase in light power density. As described above, in the conventional surface emitting laser, when the output is high, the transverse mode becomes multi-level and the mode becomes unstable, and it is difficult to realize a stable transverse mode.

これに対して、本実施の形態1の面発光レーザ100aでは、下部電極6の形状を、図1(b)に示す星型形状としたことにより、活性層3に注入するキャリアの密度分布を、活性層内での光の強度分布に近づけることが可能となる。   On the other hand, in the surface emitting laser 100a according to the first embodiment, the shape of the lower electrode 6 is a star shape shown in FIG. It becomes possible to approximate the light intensity distribution in the active layer.

つまり、活性層3における光の強度分布は、図1(c)に示すように、光強度Lpが発光中心で最も高く、周辺に行くに従い低下しており、光強度分布はガウス分布に近いものとなっている。従って、下部電極6の平面形状を、図1(b)に示す星型形状とすることにより、該下部電極6とDBR層4との接触する部分の面密度が、該下部電極の中心から周辺部にかけて減少する。言い換えると、下部電極6から活性層3に注入される電流(キャリア)の密度は、図1(c)に示すように、下部電極6の中心部分で最大となり、周辺部分に行くに従い低減することとなる。その結果、活性層3内に注入される電流の密度分布が活性層3内での光の強度分布に応じたものとなり、高出力時における横モード安定性を大幅に向上させた、優れた高出力特性を有する面発光レーザを実現することができる。   That is, as shown in FIG. 1C, the light intensity distribution in the active layer 3 has the highest light intensity Lp at the emission center and decreases toward the periphery, and the light intensity distribution is close to a Gaussian distribution. It has become. Therefore, by making the planar shape of the lower electrode 6 into the star shape shown in FIG. 1B, the surface density of the portion where the lower electrode 6 and the DBR layer 4 are in contact with each other is reduced from the center of the lower electrode to the periphery. Decreases over time. In other words, the density of current (carrier) injected from the lower electrode 6 into the active layer 3 is maximized at the central portion of the lower electrode 6 and decreases as it goes to the peripheral portion, as shown in FIG. It becomes. As a result, the density distribution of the current injected into the active layer 3 corresponds to the light intensity distribution in the active layer 3, and the lateral mode stability at high output is greatly improved. A surface emitting laser having output characteristics can be realized.

また、従来、電極を複数に分割した構造として、注入キャリア密度の分布を調整可能とした面発光レーザが既に提案されている。ところが、面発光レーザの電極を分割すると、電極を分割する部分に位置する抵抗分離層により、活性層への注入電流にロスが生じて効率が低下してしまうという問題があった。また、このような分割された複数の電極では、注入キャリア密度分布を離散的にしか変化させることができないので、注入キャリアの密度分布と光強度分布との整合が十分ではない。さらに、分割された複数の電極には、個々の電極からは異なる電流密度で活性層に電流が注入されるようレーザ駆動電圧を印加することになるため、レーザの駆動回路が複雑になる等の問題があった。   Conventionally, a surface emitting laser that can adjust the distribution of injected carrier density as a structure in which an electrode is divided into a plurality of parts has already been proposed. However, when the electrode of the surface emitting laser is divided, there is a problem that the resistance separation layer located at the portion where the electrode is divided causes a loss in the current injected into the active layer and the efficiency is lowered. In addition, in such a plurality of divided electrodes, the injected carrier density distribution can be changed only discretely, so that the density distribution of the injected carrier and the light intensity distribution are not sufficiently matched. Furthermore, since a laser driving voltage is applied to the divided electrodes so that current is injected into the active layer from each electrode at a different current density, the laser driving circuit becomes complicated. There was a problem.

これに対して、本実施の形態1の面発光レーザ100aでは、下部電極6の平面形状を、下部電極6とDBR層4との接触する部分の面密度が、該下部電極6の中心部分で大きく、該下部電極6の周辺部分で小さくなるよう、星型形状としているので、注入キャリア密度分布を連続的に変化させることができ、さらに、従来の面発光レーザにおける、電極を分離する抵抗分離層を必要としないため、注入電流ロスが少なく、効率の良いレーザ発振が可能である。   On the other hand, in the surface emitting laser 100a of the first embodiment, the planar shape of the lower electrode 6 is such that the surface density of the portion where the lower electrode 6 and the DBR layer 4 are in contact is the central portion of the lower electrode 6. Since it is star-shaped so as to be large and small in the peripheral portion of the lower electrode 6, the injected carrier density distribution can be continuously changed. Further, in the conventional surface emitting laser, resistance separation for separating the electrodes is possible. Since no layer is required, there is little injection current loss and efficient laser oscillation is possible.

このように本実施の形態1では、半導体基板2a上に形成された活性層3と、前記活性層3にキャリアを注入する一対の上部電極5及び下部電極6とを有し、該下部電極6の平面形状を、該下部電極6から前記活性層3への電流の注入が、該下部電極6の中心部分では高い電流密度で、その周辺部分では低い電流密度で行われるよう星型形状としたので、面発光レーザの活性層3に注入するキャリアの密度分布を、活性層内での光のパワー分布に応じた分布とすることができる。これにより、活性層の、電極周辺部に対応する領域での電流密度の増大によるホールバーニングの発生を回避して、高出力時の横モード安定性を大幅に増大した、優れた高出力特性を有する面発光レーザを実現することができる。   As described above, the first embodiment has the active layer 3 formed on the semiconductor substrate 2a and the pair of upper electrode 5 and lower electrode 6 for injecting carriers into the active layer 3, and the lower electrode 6 The star shape is such that current injection from the lower electrode 6 to the active layer 3 is performed at a high current density in the central portion of the lower electrode 6 and at a low current density in the peripheral portion. Therefore, the density distribution of carriers injected into the active layer 3 of the surface emitting laser can be set to a distribution according to the light power distribution in the active layer. This prevents the occurrence of hole burning due to an increase in current density in the region of the active layer corresponding to the periphery of the electrode, resulting in excellent high output characteristics that greatly increased lateral mode stability at high output. A surface emitting laser having the same can be realized.

また、この実施の形態1では、半導体基板2aの、下部電極6に対向する領域を、活性層3の表面近傍までエッチングして薄くしているので、活性層3の、下部電極6に対向する部分で発生したレーザ光が半導体基板2aで吸収されるのを低減することができ、半導体基板2aの裏面側からレーザ光を効率よく取り出すことができる。   In the first embodiment, the region of the semiconductor substrate 2a facing the lower electrode 6 is thinned by etching to the vicinity of the surface of the active layer 3, so that the region of the active layer 3 faces the lower electrode 6. It is possible to reduce the absorption of the laser light generated in the portion by the semiconductor substrate 2a, and it is possible to efficiently extract the laser light from the back side of the semiconductor substrate 2a.

また、このように半導体基板2aの裏面側からレーザ光を取り出す構造では、活性層3上のDBR層4の表面上という、活性層に近い位置に熱伝導の高い金属電極層を形成することができる。さらに、面発光レーザを、上記のような金属電極層をヒートシンク上に(これに)密着させて配置した構成にすることにより、活性層3で発生した熱を効率良く外部に逃がすことができ、その結果、活性層3での温度上昇を抑圧することができ、面発光レーザのさらなる高出力化が可能となる。   Further, in the structure in which the laser light is extracted from the back surface side of the semiconductor substrate 2a in this way, a metal electrode layer having high thermal conductivity can be formed on the surface of the DBR layer 4 on the active layer 3 at a position close to the active layer. it can. Furthermore, the surface emitting laser can efficiently escape the heat generated in the active layer 3 by arranging the metal electrode layer as described above in close contact with the heat sink. As a result, the temperature rise in the active layer 3 can be suppressed, and the output of the surface emitting laser can be further increased.

また、本実施の形態1では、面発光レーザ100aの共振器を、半導体基板2a上に形成したDBR層4と、半導体基板2aから離間して配置した外部ミラー1とにより構成しているため、共振器長を十分確保することができる。これにより、共振器の横モードの安定性を増大させて、下部電極6近傍の活性層3における光強度分布を大きくすることができる。   Further, in the first embodiment, the resonator of the surface emitting laser 100a is configured by the DBR layer 4 formed on the semiconductor substrate 2a and the external mirror 1 disposed away from the semiconductor substrate 2a. A sufficient resonator length can be secured. Thereby, the stability of the transverse mode of the resonator can be increased, and the light intensity distribution in the active layer 3 near the lower electrode 6 can be increased.

例えば、活性層内での光強度分布の範囲は、共振器長にほぼ比例関係にあり、外部ミラー1を用いることにより共振器長を10倍以上にすることができ、これにより有効な活性層面積を大きくすることができる。その結果、面発光レーザでは、有効な活性層面積に比例して増大するものである高出力特性を、飛躍的に向上できる。   For example, the range of the light intensity distribution in the active layer is substantially proportional to the resonator length, and the resonator length can be increased 10 times or more by using the external mirror 1, thereby enabling an effective active layer. The area can be increased. As a result, the surface emitting laser can dramatically improve the high output characteristics, which increase in proportion to the effective active layer area.

また、共振器を外部ミラーを用いて構成した、有効活性層面積の広い面発光レーザでは、活性層3における光強度分布と注入キャリア分布との整合性の問題が顕著となるが、本実施の形態1では、面発光レーザの下部電極6の平面形状を星型形状としているため、外部ミラー型の面発光レーザにおけるキャリア密度分布と光強度分布との不整合問題は解消されており、面発光レーザは高出力特性を大幅に改善したものとなっている。   In addition, in a surface emitting laser having a resonator having an external active mirror and having a large effective active layer area, the problem of the consistency between the light intensity distribution and the injected carrier distribution in the active layer 3 becomes significant. In Embodiment 1, since the planar shape of the lower electrode 6 of the surface emitting laser is a star shape, the inconsistency problem between the carrier density distribution and the light intensity distribution in the external mirror type surface emitting laser is solved, and the surface emitting Lasers have greatly improved high power characteristics.

また、本実施の形態1の面発光レーザでは、過飽和吸収を利用した自励発振状態、つまり半導体レーザへの印加電流は直流電流であるにもかかわらず、出力としてはパルス状にレーザ光を放出する発振状態により発振波長を変動させて、スペックルノイズを低減することが可能である。   Further, in the surface emitting laser of the first embodiment, a self-excited oscillation state using supersaturated absorption, that is, a laser beam is emitted in a pulsed form as an output even though a current applied to the semiconductor laser is a direct current. The speckle noise can be reduced by changing the oscillation wavelength according to the oscillation state.

つまり、本実施の形態1の面発光レーザでは、下部電極6の平面形状を、該下部電極6から前記活性層3への電流の注入が、該下部電極6の中心部分では高い電流密度で、その周辺部分では低い電流密度で行われるような形状としているので、活性層における、注入電流密度を小さくするようにしている下部電極6の周辺に対応する部分に、過飽和吸収体を設けることにより、高出力面発光レーザにて、過飽和吸収を利用した自励発振によりスペックルノイズを低減することが可能となる。   That is, in the surface emitting laser of the first embodiment, the planar shape of the lower electrode 6 is such that current injection from the lower electrode 6 to the active layer 3 is performed at a high current density in the central portion of the lower electrode 6. Since the peripheral portion is shaped so as to be performed at a low current density, by providing a saturable absorber in a portion corresponding to the periphery of the lower electrode 6 in the active layer so as to reduce the injection current density, In high-power surface emitting lasers, speckle noise can be reduced by self-excited oscillation using supersaturated absorption.

なお、本実施の形態1では、下部電極6の平面形状を、該下部電極6とDBR層4との接触する部分の面密度が、該下部電極6の中心部分からその周辺部分にかけて連続的に変化するよう、星型形状としたが、下部電極6の構造はこのような平面星型形状のものに限定されるものではない。   In the first embodiment, the planar shape of the lower electrode 6 is such that the surface density of the portion where the lower electrode 6 and the DBR layer 4 are in contact is continuously from the central portion of the lower electrode 6 to the peripheral portion thereof. Although the star shape is changed so as to change, the structure of the lower electrode 6 is not limited to such a planar star shape.

例えば、下部電極6は、これとDBR層4との接触する部分の面密度が、該下部電極6の中心部とその周辺部とで異なるように、微細な穴を複数形成したものでもよい。
図2は、このような微細な穴を形成した下部電極の構造の例を説明する図である。
For example, the lower electrode 6 may be formed with a plurality of fine holes so that the surface density of the portion where the lower electrode 6 is in contact with the DBR layer 4 is different between the central portion of the lower electrode 6 and its peripheral portion.
FIG. 2 is a diagram for explaining an example of the structure of the lower electrode in which such fine holes are formed.

図2(a)に示す下部電極6aは、該電極を構成する単一の電極層に微細な穴を複数形成したものである。この下部電極6aでは、その中心部に形成した微細穴7aの径は、周辺部に形成した微細穴7cの径より小さい。また、下部電極6aの中心部と周辺部との間の中間部に形成した微細穴7bの径は、中心部に形成した微細穴7aの径より小さく、周辺部に形成した微細穴7cの径より大きい。   A lower electrode 6a shown in FIG. 2A is obtained by forming a plurality of fine holes in a single electrode layer constituting the electrode. In the lower electrode 6a, the diameter of the minute hole 7a formed in the center is smaller than the diameter of the minute hole 7c formed in the peripheral part. Further, the diameter of the fine hole 7b formed in the intermediate part between the center part and the peripheral part of the lower electrode 6a is smaller than the diameter of the fine hole 7a formed in the central part, and the diameter of the fine hole 7c formed in the peripheral part. Greater than.

このように複数の微細穴を形成した下部電極6aは、上記実施の形態1の下部電極6と同様、該下部電極6aとDBR層4との接触する部分の面密度がその中心部に近いほど大きくなっており、これにより面発光レーザの活性層に注入するキャリアの密度分布を、活性層内での光のパワー分布に応じた分布とすることができる。   The lower electrode 6a in which a plurality of fine holes are formed in this manner is similar to the lower electrode 6 of the first embodiment, the closer the surface density of the portion where the lower electrode 6a and the DBR layer 4 are in contact is closer to the center. As a result, the density distribution of carriers injected into the active layer of the surface emitting laser can be made to be a distribution corresponding to the power distribution of light in the active layer.

また、図2(b)に示す下部電極6bは、図2(a)に示す下部電極6aと同様、該電極を構成する単一の電極層に微細な穴を複数形成したものである。この下部電極6bでは、その周辺部に近いほど、微細穴7dの配置密度が大きくなっている。   Further, the lower electrode 6b shown in FIG. 2 (b) is formed by forming a plurality of fine holes in a single electrode layer constituting the electrode, like the lower electrode 6a shown in FIG. 2 (a). In the lower electrode 6b, the arrangement density of the fine holes 7d increases as it is closer to the periphery.

このように複数の微細穴を形成した下部電極6bは、上記実施の形態1の下部電極6と同様、該下部電極6bとDBR層4との接触する部分の面密度がその中心部に近いほど大きくなっており、これにより面発光レーザの活性層に注入するキャリアの密度分布を、活性層内での光のパワー分布に応じた分布とすることができる。   The lower electrode 6b in which a plurality of fine holes are formed in this manner is similar to the lower electrode 6 of the first embodiment, the closer the surface density of the portion where the lower electrode 6b and the DBR layer 4 are in contact is closer to the center thereof. As a result, the density distribution of carriers injected into the active layer of the surface emitting laser can be made to be a distribution corresponding to the power distribution of light in the active layer.

この図2(a)に示す下部電極6a、あるいは図2(b)に示す下部電極6bは、下部電極を構成する金属層などを、マスクを用いた選択的なエッチング処理により簡単に形成することができる。   In the lower electrode 6a shown in FIG. 2A or the lower electrode 6b shown in FIG. 2B, a metal layer constituting the lower electrode is easily formed by selective etching using a mask. Can do.

また、このような微細な穴を複数有する下部電極は、その配置可能な領域の全面に広がって形成することにより、ヒートシンクへの放熱効果を向上することができる。   In addition, the lower electrode having a plurality of such fine holes can be formed so as to spread over the entire region where the hole can be arranged, thereby improving the heat dissipation effect to the heat sink.

また、本実施の形態1では、下部電極の平面形状により、活性層に注入される電流の密度分布を活性層内での光強度分布と整合するよう調整したものを示しているが、活性層に注入される電流の密度分布は、例えば、従来の面発光レーザにおける下部電極600とDBR層4との間に部分的に電流ストップ層を配置することにより調整してもよい。
図3は、このような電流ストップ層の具体的な例を説明する図である。
In the first embodiment, the density of the current injected into the active layer is adjusted to match the light intensity distribution in the active layer by the planar shape of the lower electrode. The density distribution of the current injected into the first electrode may be adjusted by, for example, disposing a current stop layer partially between the lower electrode 600 and the DBR layer 4 in a conventional surface emitting laser.
FIG. 3 is a diagram for explaining a specific example of such a current stop layer.

図3(a)に示す電流ストップ層は、下部電極600とDBR層4との間に形成された、複数の穴を形成した絶縁層11からなる。   The current stop layer shown in FIG. 3A is composed of the insulating layer 11 formed between the lower electrode 600 and the DBR layer 4 and having a plurality of holes.

この絶縁層11には、下部電極600の中心部に対応する部分に大口径の穴11aが形成され、この大口径の穴11aの周囲に沿ってこれより口径の小さい中口径の穴11bが複数形成されており、さらに、この中口径の穴11bの外側に、口径のさらに小さい小口径の穴11cが複数形成されている。   A large-diameter hole 11a is formed in the insulating layer 11 at a portion corresponding to the center portion of the lower electrode 600, and a plurality of medium-diameter holes 11b having a smaller diameter are formed around the large-diameter hole 11a. In addition, a plurality of small-diameter holes 11c having a smaller diameter are formed outside the medium-diameter hole 11b.

このように複数の穴を形成した絶縁膜11を、下部電極600とDBR層4との間に配置することにより、上記実施の形態1と同様、該下部電極600とDBR層4との接触する部分の面密度がその中心部に近いほど大きくなり、これにより面発光レーザの活性層に注入するキャリアの密度分布を、活性層内での光のパワー分布に応じた分布とすることができる。   By disposing the insulating film 11 in which a plurality of holes are formed in this manner between the lower electrode 600 and the DBR layer 4, the lower electrode 600 and the DBR layer 4 are brought into contact with each other as in the first embodiment. The closer the surface density of the portion is to the central portion, the larger the density, so that the density distribution of carriers injected into the active layer of the surface emitting laser can be made to be a distribution corresponding to the light power distribution in the active layer.

図3(b)に示す電流ストップ層は、下部電極600とDBR層4との間に形成された、複数の穴を形成した絶縁層12からなる。   The current stop layer shown in FIG. 3B is formed of an insulating layer 12 formed between the lower electrode 600 and the DBR layer 4 and having a plurality of holes.

この絶縁層12には、上記下部電極の中心部に対応する部分に大口径の穴12aが形成され、この大口径の穴12aの外側には、口径の小さい複数の小口径の穴12bが、下部電極600の中心から遠ざかるほど、該穴12bの密度が小さくなるよう形成されている。   A large-diameter hole 12a is formed in the insulating layer 12 at a portion corresponding to the center portion of the lower electrode, and a plurality of small-diameter holes 12b having a small diameter are formed outside the large-diameter hole 12a. As the distance from the center of the lower electrode 600 increases, the density of the holes 12b decreases.

このように複数の穴を形成した絶縁膜12を、下部電極600とDBR層4との間に配置することにより、上記実施の形態1と同様、該下部電極600とDBR層4との接触する部分の面密度がその中心部に近いほど大きくなり、これにより面発光レーザの活性層に注入するキャリアの密度分布を、活性層内での光のパワー分布に応じた分布とすることができる。   By disposing the insulating film 12 in which a plurality of holes are formed in this manner between the lower electrode 600 and the DBR layer 4, the lower electrode 600 and the DBR layer 4 are brought into contact with each other as in the first embodiment. The closer the surface density of the portion is to the central portion, the higher the density, so that the density distribution of carriers injected into the active layer of the surface emitting laser can be made to be a distribution corresponding to the light power distribution in the active layer.

また、図3(a)及び図3(b)に示すように、下部電極とDBR層との間に電流ストップ層を配置してなる電極構造は、下部電極の形成が簡単であり、また、下部電極の面積を大きくとれるため、下部電極が半田を介して外部のヒートシンクに接合する接触面積も大きくなる。従って、図3(a)あるいは図3(b)に示す、電流ストップ層を用いた電極構造は、放熱効果に優れ、高出力化に優位なものである。   In addition, as shown in FIGS. 3A and 3B, the electrode structure in which the current stop layer is disposed between the lower electrode and the DBR layer is easy to form the lower electrode. Since the area of the lower electrode can be increased, the contact area where the lower electrode is joined to an external heat sink via solder is also increased. Therefore, the electrode structure using the current stop layer shown in FIG. 3A or FIG. 3B is excellent in heat dissipation effect and superior in high output.

さらに、図3(a)あるいは図3(b)に示す電極構造は、上記電流ストップ層に代わる、抵抗値の面内分布を持たせた抵抗層を有するものであってもよい。   Further, the electrode structure shown in FIG. 3A or 3B may have a resistance layer having an in-plane distribution of resistance values instead of the current stop layer.

この場合、電極構造における抵抗層の抵抗分布は、下部電極の中心から離れるほど、抵抗値が小さくなるものとする。これにより面発光レーザの活性層に注入するキャリアの密度分布を、活性層内での光のパワー分布に応じた分布とすることができる。   In this case, the resistance distribution of the resistance layer in the electrode structure is such that the resistance value decreases as the distance from the center of the lower electrode increases. As a result, the density distribution of carriers injected into the active layer of the surface emitting laser can be made to be a distribution corresponding to the light power distribution in the active layer.

またさらに、上記下部電極とDBR層とを接続する電極構造は、上記電流ストップ層や抵抗層を有するものに限らず、下部電極自体に抵抗値の面内分布を持たせたものであってもよい。この場合、上記下部電極の抵抗分布は、その中心から離れるほど、抵抗値が小さくなるものとする。これにより面発光レーザの活性層に注入するキャリアの密度分布を、活性層内での光のパワー分布に応じた分布とすることができる。   Furthermore, the electrode structure that connects the lower electrode and the DBR layer is not limited to the one having the current stop layer and the resistance layer, and the lower electrode itself may have an in-plane distribution of resistance values. Good. In this case, the resistance distribution of the lower electrode has a resistance value that decreases as the distance from the center increases. As a result, the density distribution of carriers injected into the active layer of the surface emitting laser can be made to be a distribution corresponding to the light power distribution in the active layer.

また、本実施の形態1では、面発光レーザを構成する半導体基板は、GaNを主成分とする窒素化合物からなる半導体からなるものとしているが、面発光レーザの半導体基板は、例えば、SiC基板等、III−V族窒化物系半導体材料をその上にエピタキシャル成長できるものであってもよい。   In the first embodiment, the semiconductor substrate constituting the surface emitting laser is made of a semiconductor made of a nitrogen compound containing GaN as a main component, but the semiconductor substrate of the surface emitting laser is, for example, an SiC substrate or the like. The III-V nitride semiconductor material may be epitaxially grown thereon.

また、本発明の面発光レーザは、上述したIII−V族窒化物系半導体材料からなるものに限るものではない。例えば、面発光レーザの構成材料は、AlGaAs系やAlGaInP系半導体材料、あるいはZnSe系半導体材料であってもよく、このような半導体材料を用いた場合も、安定した基本横モードでレーザ発振する高出力面発光レーザを実現することができる。特に、AlGaInP系半導体材料は、基板面方位が(100)から[0-11]または[011]方向に傾斜したGaAs基板上に形成すれば、結晶の秩序化によるバンドギャップ変動も起こらないことから、AlGaInP系半導体材料を用いることにより、安定した高出力動作が可能な面発光レーザを実現することができる。   Further, the surface emitting laser of the present invention is not limited to the one made of the above-described III-V group nitride semiconductor material. For example, the constituent material of the surface emitting laser may be an AlGaAs-based, AlGaInP-based semiconductor material, or a ZnSe-based semiconductor material. Even when such a semiconductor material is used, the high-frequency laser oscillation in a stable fundamental transverse mode is possible. An output surface emitting laser can be realized. In particular, when an AlGaInP-based semiconductor material is formed on a GaAs substrate whose substrate plane orientation is inclined from (100) to the [0-11] or [011] direction, band gap fluctuation due to crystal ordering does not occur. By using an AlGaInP-based semiconductor material, a surface emitting laser capable of stable high output operation can be realized.

また、本実施の形態1では、半導体基板2aの下部電極6に対向する領域を、その裏面側から、基板表面側の活性層3の近傍までエッチングして凹部9を形成し、該凹部9を囲むようリング形状の上部電極5を基板の裏面に形成しているが、上記上部電極5は、半導体基板2aの裏面側に形成したリング形状のものに限らず、例えば、凹部9の底面に形成した透明電極であってもよい。このような透明電極を用いると、活性層と上部電極とが近づくので、活性層内への注入電流のロスをより効果的に減らすことができる。   In the first embodiment, a recess 9 is formed by etching a region facing the lower electrode 6 of the semiconductor substrate 2a from the back surface side to the vicinity of the active layer 3 on the substrate surface side. Although the ring-shaped upper electrode 5 is formed on the back surface of the substrate so as to surround, the upper electrode 5 is not limited to the ring-shaped one formed on the back surface side of the semiconductor substrate 2a, but is formed on the bottom surface of the recess 9, for example. A transparent electrode may be used. When such a transparent electrode is used, the active layer and the upper electrode are brought closer to each other, so that the loss of the injection current into the active layer can be more effectively reduced.

また、本実施の形態1では、半導体基板2aの下部電極6に対向する領域を、その裏面側から、基板表面側の活性層3の近傍までエッチングして凹部9を形成しているが、上記面発光レーザの半導体基板の材料として、導電性が高く、レーザ光に対して透明なものを用いた場合は、上記凹部9は形成する必要はない。   In the first embodiment, the recess 9 is formed by etching the region facing the lower electrode 6 of the semiconductor substrate 2a from the back surface side to the vicinity of the active layer 3 on the substrate surface side. When a material having a high conductivity and transparent to the laser light is used as the material for the semiconductor substrate of the surface emitting laser, the concave portion 9 does not need to be formed.

また、本実施の形態1では、面発光レーザとして、共振器を、半導体基板2a上に積層した複数の半導体層の1つであるDBR層4と、半導体基板2aから離間して配置した外部ミラー1とにより構成したものを示したが、面発光レーザは、半導体基板上に積層した半導体層により共振器を構成した、通常の薄膜面発光レーザであってもよく、この薄膜面発光レーザにおいても、上記実施の形態1と同様、下部電極6の平面形状を、該下部電極6から前記活性層への電流の注入が、該下部電極の中心部分では高い電流密度で、その周辺部分では低い電流密度で行われるような形状とすることにより、高出力特性を飛躍的に向上させることが可能となる。   In the first embodiment, as a surface emitting laser, a resonator includes a DBR layer 4 that is one of a plurality of semiconductor layers stacked on the semiconductor substrate 2a, and an external mirror that is disposed apart from the semiconductor substrate 2a. However, the surface-emitting laser may be a normal thin-film surface-emitting laser in which a resonator is formed by a semiconductor layer stacked on a semiconductor substrate. As in the first embodiment, the planar shape of the lower electrode 6 is such that current injection from the lower electrode 6 to the active layer has a high current density in the central portion of the lower electrode and a low current in the peripheral portion. By adopting a shape that is performed at a high density, it is possible to dramatically improve the high output characteristics.

また、本実施の形態1では、面発光レーザは、1つの面発光部分を有する1つのレーザ素子であるが、1つのレーザ素子である面発光レーザは、複数の面発光部分を有するマルチビーム型の面発光レーザであってもよい。この場合、面発光レーザの各面発光部分における活性層に注入するキャリアの密度分布を、活性層内での光のパワー分布に応じた分布とすることにより、各面発光部分での利得の飽和が緩和され、レーザ光の面発光を行うより大出力の半導体レーザを実現することができる。   In the first embodiment, the surface emitting laser is one laser element having one surface emitting portion, but the surface emitting laser that is one laser element is a multi-beam type having a plurality of surface emitting portions. The surface emitting laser may be used. In this case, the saturation of the gain in each surface emitting portion is achieved by setting the density distribution of carriers injected into the active layer in each surface emitting portion of the surface emitting laser according to the light power distribution in the active layer. Can be mitigated, and a semiconductor laser having a higher output than the surface emission of laser light can be realized.

(実施の形態2)
図4は、本発明の実施の形態2による面発光レーザを説明する図であり、図4(a)はその断面構造を、図4(b)はその下部電極の形状を示し、図4(c)は、活性層の発光領域での光強度分布を示している。なお、図4中、図1と同一符号は、実施の形態1の面発光レーザにおけるものと同一のものである。
(Embodiment 2)
4A and 4B are diagrams for explaining a surface emitting laser according to Embodiment 2 of the present invention. FIG. 4A shows the cross-sectional structure, FIG. 4B shows the shape of the lower electrode, and FIG. c) shows the light intensity distribution in the light emitting region of the active layer. In FIG. 4, the same reference numerals as those in FIG. 1 are the same as those in the surface emitting laser of the first embodiment.

この実施の形態2の面発光レーザ100bは、上記実施の形態1の面発光レーザ100aにおける、星型形状の下部電極6に代えて、2分割した下部電極60を備えたものである。また、この面発光レーザ100bでは、半導体基板2aの裏面側に形成された凹部9の表面には、共振器内における光のロスが低減するよう無反射コートが施されている。   The surface-emitting laser 100b according to the second embodiment includes a lower electrode 60 divided into two in place of the star-shaped lower electrode 6 in the surface-emitting laser 100a according to the first embodiment. In the surface emitting laser 100b, the surface of the recess 9 formed on the back surface side of the semiconductor substrate 2a is provided with a non-reflective coating so as to reduce the light loss in the resonator.

ここで、上記下部電極60は、図4(b)に示すように、その中心部に位置する円形の内側電極部60aと、該内側電極部60aを囲むよう配置されたリング形状の外側電極部60bとからなる。また、この2分割された下部電極60の、上記外側電極部60bと内側電極部60aとの間の部分は、抵抗値の高い抵抗分離部61となっている。このように下部電極60を2分割した構造とすることで、活性層3内に注入する電流の密度分布を、活性層3内での光の強度分布に合わせて調整することが可能となる。   Here, as shown in FIG. 4B, the lower electrode 60 includes a circular inner electrode portion 60a located at the center thereof and a ring-shaped outer electrode portion arranged so as to surround the inner electrode portion 60a. 60b. Further, a portion of the lower electrode 60 divided into two parts between the outer electrode portion 60b and the inner electrode portion 60a is a resistance separating portion 61 having a high resistance value. Thus, by making the lower electrode 60 into two parts, the density distribution of the current injected into the active layer 3 can be adjusted according to the light intensity distribution in the active layer 3.

すなわち、活性層3における光の強度分布は、図4(c)に示すように、光強度Cd2が発光領域の中心部、つまり活性層3の、下部電極に対向する領域の中心部で最も高く、中心から離れるほど低下するというガウス分布に近いものとなっている。従って、この実施の形態2の面発光レーザ100bでは、活性層3に注入される電流の密度分布が光強度分布に対応したものとなるよう、内側電極部60aに印加するレーザ駆動電圧を、外側電極部60bに印加するレーザ駆動電圧より高くしている。また、この面発光レーザ100bでは、外側電極部60bに印加するレーザ駆動電圧は、発生するレーザ光のコヒーレンスが緩和されるよう、直流成分に高周波成分を重畳したものとしている。   That is, as shown in FIG. 4C, the light intensity distribution in the active layer 3 has the highest light intensity Cd2 at the center of the light emitting region, that is, at the center of the region of the active layer 3 facing the lower electrode. It is close to a Gaussian distribution that decreases with increasing distance from the center. Therefore, in the surface emitting laser 100b of the second embodiment, the laser driving voltage applied to the inner electrode portion 60a is set to the outer side so that the density distribution of the current injected into the active layer 3 corresponds to the light intensity distribution. It is higher than the laser drive voltage applied to the electrode part 60b. In the surface emitting laser 100b, the laser driving voltage applied to the outer electrode portion 60b is obtained by superimposing a high frequency component on a direct current component so that the coherence of the generated laser light is reduced.

次に作用効果について説明する。
本実施の形態2の面発光レーザ100bの基本的なレーザ発振動作は実施の形態1の面発光レーザ100aと同様に行われる。
Next, the function and effect will be described.
The basic laser oscillation operation of the surface emitting laser 100b according to the second embodiment is performed in the same manner as the surface emitting laser 100a according to the first embodiment.

そして、この実施の形態2では、2分割された下部電極60の外側電極部60bには、高周波成分が重畳されたレーザ駆動電圧が印加されるため、活性層3の、外側電極部60bに対向する部分ではキャリア密度が変動する。このため、共振器全体でのレーザ発振状態が変動することとなり、時間的なコヒーレンスが緩和される。
次に、本実施の形態2の面発光レーザの特性を、従来のものと比較して説明する。
In the second embodiment, since the laser driving voltage on which the high frequency component is superimposed is applied to the outer electrode portion 60b of the divided lower electrode 60, the active electrode 3 faces the outer electrode portion 60b. The carrier density fluctuates in the part where For this reason, the laser oscillation state in the entire resonator varies, and temporal coherence is reduced.
Next, the characteristics of the surface emitting laser according to the second embodiment will be described in comparison with the conventional one.

従来の面発光レーザでは、上述したように、下部電極は単一の電極構造となっていたため、高出力時には横モードのマルチ化やモードの不安定化が生じ、安定した横モードを実現することが難しかった。   In the conventional surface-emitting laser, as described above, the lower electrode has a single electrode structure, so that at the time of high output, the lateral mode becomes multi-mode and the mode becomes unstable, thereby realizing a stable lateral mode. It was difficult.

これに対して、本実施の形態2の面発光レーザ100bでは、下部電極60を、図4(b)に示すように2分割した構造としたことにより、活性層に注入するキャリアの密度分布を、活性層内での光の強度分布に近づけることが可能となり、これにより高出力時における横モード安定性を大幅に向上させた、優れた高出力特性を有する面発光レーザを実現することができる。   On the other hand, in the surface emitting laser 100b of the second embodiment, the lower electrode 60 is divided into two as shown in FIG. 4B, so that the density distribution of carriers injected into the active layer can be obtained. It is possible to approximate the light intensity distribution in the active layer, thereby realizing a surface emitting laser having excellent high output characteristics, which greatly improves the transverse mode stability at high output. .

また、本実施の形態2では、面発光レーザ100aの共振器を、半導体基板2a上に形成したDBR層4と、半導体基板2aから離間して配置した外部ミラー1とにより構成しているため、実施の形態1と同様、共振器長を十分確保することができる。これにより、共振器の横モードの安定性を増大させて、下部電極60近傍の活性層3における光分布を大きくすることができる。   Further, in the second embodiment, the resonator of the surface emitting laser 100a is constituted by the DBR layer 4 formed on the semiconductor substrate 2a and the external mirror 1 arranged away from the semiconductor substrate 2a. Similar to the first embodiment, a sufficient resonator length can be secured. Thereby, the stability of the transverse mode of the resonator can be increased, and the light distribution in the active layer 3 in the vicinity of the lower electrode 60 can be increased.

また、共振器を外部ミラーを用いて構成した、有効活性層面積の広い面発光レーザでは、活性層3における光強度分布と注入キャリア分布との整合性の問題が顕著となるが、本実施の形態2では、面発光レーザの下部電極を2分割構造としているため、外部ミラー型の面発光レーザにおけるキャリア密度分布と光強度分布との不整合問題は解消されており、面発光レーザは高出力特性を大幅に改善したものとなっている。   In addition, in a surface emitting laser having a resonator having an external active mirror and having a large effective active layer area, the problem of the consistency between the light intensity distribution and the injected carrier distribution in the active layer 3 becomes significant. In Embodiment 2, since the lower electrode of the surface emitting laser has a two-part structure, the problem of mismatch between the carrier density distribution and the light intensity distribution in the external mirror type surface emitting laser is solved, and the surface emitting laser has a high output. The characteristics are greatly improved.

さらに、下部電極を複数に分割した面発光レーザでも、有効活性層面積が小さいものでは、下部電極を分割したことによる注入キャリア密度分布の形成が難しく、分離された電極間の抵抗分離層の部分では注入電流ロスも問題となるが、本実施の形態2では、上述したように、外部ミラー1を用いることで活性層面積が十分大きなものとなっており、このため、抵抗分離層による注入電流ロスの問題も殆ど無視できるため、下部電極の2分割構造は有効なものとなっている。   Further, even in a surface emitting laser in which the lower electrode is divided into a plurality of parts, if the effective active layer area is small, it is difficult to form the injected carrier density distribution by dividing the lower electrode, and the resistance separation layer portion between the separated electrodes In the second embodiment, however, the active layer area is sufficiently large by using the external mirror 1 as described above. For this reason, the injection current caused by the resistance separation layer is used. Since the problem of loss is almost negligible, the two-part structure of the lower electrode is effective.

また、本実施の形態2では、分割した個々の電極部に注入する電流の特性を変えることで、特性を大幅に改善している。特に、従来の面発光レーザでは、100mW以上の大出力で使用する場合に、安定に駆動する、レーザ光を変調する、あるいはレーザ駆動電流に高周波成分を重畳するといったことが困難であったが、これらの問題も本実施の形態2の面発光レーザでは解決されている。   Further, in the second embodiment, the characteristics are greatly improved by changing the characteristics of the current injected into each divided electrode part. In particular, with conventional surface emitting lasers, it has been difficult to drive stably, modulate laser light, or superimpose a high-frequency component on the laser driving current when used with a large output of 100 mW or more. These problems are also solved in the surface emitting laser of the second embodiment.

ここで、本実施の形態2の面発光レーザにおける、戻り光によるノイズ発生が防止されるメカニズムについて説明する。   Here, a mechanism for preventing the generation of noise due to the return light in the surface emitting laser according to the second embodiment will be described.

戻り光ノイズとは、半導体レーザが出射した光が活性層に帰還することでノイズが大幅に増大する現象である。これを防止するため、通常、光のコヒーレンスを低減する方法が採られている。その一つとして、駆動電流に数100MHz程度のRF信号を重畳する方法がある。しかしながら、従来の高出力半導体レーザでは、駆動電流が増大するため、必要なRFパワーが大幅に増大するという問題があった。そして、このようなRFパワーの増大は、消費電力の増大、さらに放熱対策や放射対策等の必要性から、システム全体のコストが大幅に増大することとなる。   The return light noise is a phenomenon in which the noise is greatly increased by the light emitted from the semiconductor laser returning to the active layer. In order to prevent this, a method of reducing the coherence of light is usually employed. As one of them, there is a method of superimposing an RF signal of about several hundred MHz on the drive current. However, the conventional high-power semiconductor laser has a problem in that the required RF power is greatly increased due to an increase in driving current. Such an increase in the RF power greatly increases the cost of the entire system due to the increase in power consumption and the necessity of measures for heat dissipation and radiation.

本実施の形態2の面発光レーザ100bは、このような高出力レーザにおける高周波重畳の問題を解決したものである。   The surface emitting laser 100b according to the second embodiment solves the problem of high-frequency superposition in such a high-power laser.

つまり、高周波重畳は、半導体レーザのキャリア密度の状態を変化させることで、光の発振状態を時間的に変化させ、時間的コヒーレンスを低下させるものである。従って、活性層に注入されるキャリアの密度に対する変化率の大きさが重要である。   That is, the high frequency superposition is to change the state of the carrier density of the semiconductor laser, thereby changing the light oscillation state with time and reducing temporal coherence. Therefore, the rate of change with respect to the density of carriers injected into the active layer is important.

従来の単一電極構造の面発光レーザでは、注入される電流は電極全体に分散するため、注入キャリア密度を大きく変化させるには、注入する電流に対して、高周波で変化させる電流の割合を大きくとる必要があり、レーザ駆動電流に重畳する高周波成分のRF振幅が大きくなっていた。   In conventional surface emitting lasers with a single electrode structure, the injected current is dispersed throughout the electrode. Therefore, in order to change the injected carrier density greatly, the ratio of the current changed at a high frequency is increased with respect to the injected current. Therefore, the RF amplitude of the high-frequency component superimposed on the laser drive current is large.

これに対して、本実施の形態2の面発光レーザ100bでは、下部電極60を複数の電極部に分割し、一部の電極部にのみRF重畳するようにしている。このような構成の面発光レーザ100bでは、下部電極を複数に分割しているため、各電極部による注入電流は、下部電極全体による注入電流に比べて大幅に低下する。つまり、下部電極の分割により得られる複数の電極部の一部にRF信号を重畳する場合のRF振幅は、単一の下部電極にRF信号を重畳する場合のRF振幅に対して何分の1かに低減可能となり、これにより高周波重畳のパワーを大幅に低減できる。また、一部の電極部にRF信号を重畳した場合にも、該電極部による注入キャリアの密度の変動は十分得られるため、共振器全体の発振状態が変化して時間的コヒーレンスを下げることができる。   On the other hand, in the surface emitting laser 100b according to the second embodiment, the lower electrode 60 is divided into a plurality of electrode portions, and RF is superimposed on only some of the electrode portions. In the surface emitting laser 100b having such a configuration, since the lower electrode is divided into a plurality of parts, the injection current due to each electrode portion is significantly lower than the injection current due to the entire lower electrode. That is, the RF amplitude when the RF signal is superimposed on a part of the plurality of electrode portions obtained by dividing the lower electrode is a fraction of the RF amplitude when the RF signal is superimposed on a single lower electrode. This can greatly reduce the power of high frequency superposition. In addition, even when an RF signal is superimposed on a part of the electrode part, since the fluctuation of the injected carrier density by the electrode part can be sufficiently obtained, the oscillation state of the entire resonator changes and the temporal coherence can be lowered. it can.

さらに、本実施の形態2の面発光レーザ100bでは、図4(c)の光の強度分布図に示すように、高出力を得る場合、発光領域の中心近傍に位置する電極部60aに大きな電流を供給する必要があるが、発光領域の中心から離れた周辺部の電極部60bでは、光のパワー密度に応じた小さい電流しか必要とされない。このため、発光領域の周辺部近傍に位置する電極部に供給するレーザ駆動電流にRF信号を重畳することにより、低いRFパワーで効率良くコヒーレンスを低下させることができ、その結果、システムの小型化、低コスト化、低消費電力化が可能となる。   Furthermore, in the surface emitting laser 100b of the second embodiment, as shown in the light intensity distribution diagram of FIG. 4C, when a high output is obtained, a large current is applied to the electrode unit 60a located near the center of the light emitting region. However, only a small current corresponding to the power density of the light is required in the peripheral electrode part 60b far from the center of the light emitting region. For this reason, by superimposing the RF signal on the laser drive current supplied to the electrode part located near the periphery of the light emitting region, the coherence can be reduced efficiently with low RF power, resulting in the miniaturization of the system. Thus, cost reduction and power consumption can be reduced.

また、本実施の形態2の、電極を分割した構造は、GaNレーザに特に有効であり、以下簡単に説明する。   In addition, the structure of the second embodiment in which the electrodes are divided is particularly effective for a GaN laser, and will be briefly described below.

GaN基板をベースとする半導体レーザは、緩和振動が大きく高周波重畳を行うと、スパイクノイズが発生する。これは、半導体レーザへ注入する電流を高周波信号で変調すると緩和振動により出力光波形がスパイク状に変化し、変調度の何倍も高いパルス出力が発生する現象である。GaNレーザを用いた光ディスクシステムでは、光ディスクの再生時に戻り光によりレーザのノイズが増大するのを防止するため、レーザ駆動電流に高周波信号を重畳する。ところが、GaNレーザでは、再生時の平均パワーが低い状態でも、尖塔値の高いスパイク状の出力がでているため、これが原因となって、再生時に記録したデータが劣化する再生光劣化の問題が発生する。   When a semiconductor laser based on a GaN substrate has a large relaxation oscillation and high frequency superposition is performed, spike noise is generated. This is a phenomenon in which when the current injected into the semiconductor laser is modulated with a high-frequency signal, the output light waveform changes in a spike shape due to relaxation oscillation, and a pulse output many times higher than the modulation degree is generated. In an optical disk system using a GaN laser, a high-frequency signal is superimposed on a laser drive current in order to prevent laser noise from increasing due to return light during reproduction of the optical disk. However, since the GaN laser produces a spike-like output with a high spire value even when the average power during reproduction is low, this causes the problem of degradation of the reproduction light that deteriorates the data recorded during reproduction. appear.

これに対して、電極を複数に分割して一部の電極部に高周波信号を重畳する構成では、レーザの戻り光ノイズを低減した状態で、スパイク状出力の尖塔値を半分以下に大幅に低減できることが分かった。   On the other hand, in the configuration in which the electrode is divided into a plurality of parts and a high frequency signal is superimposed on a part of the electrode part, the spire output spire value is greatly reduced to less than half while the laser return light noise is reduced. I understood that I could do it.

従って、本実施の形態2の、下部電極を複数に分割した面発光レーザ100bは、光ディスク装置等への応用に好ましい。   Therefore, the surface emitting laser 100b according to the second embodiment in which the lower electrode is divided into a plurality of parts is preferable for application to an optical disk device or the like.

また、GaN系レーザ以外のレーザ、例えば、AlGaAs系半導体材料やAlGaInP系半導体材料を用いた半導体レーザであっても、電極を分割した構造として、レーザ駆動電流に高周波信号を効率よく重畳することは可能である。   In addition, even a laser other than a GaN-based laser, for example, a semiconductor laser using an AlGaAs-based semiconductor material or an AlGaInP-based semiconductor material, can efficiently superimpose a high-frequency signal on a laser drive current as a structure in which electrodes are divided. Is possible.

さらに、本実施の形態2の、下部電極を複数に分割した構成は、面発光レーザの出力を変調する場合にも有効な役割を果たす。   Furthermore, the configuration of the second embodiment in which the lower electrode is divided into a plurality of parts plays an effective role even when the output of the surface emitting laser is modulated.

現在、半導体レーザの出力を変調する場合、レーザの駆動電流全体を変調する。ところが、半導体レーザの駆動電流全体を変化させると、消費電力の増大により半導体レーザの温度が変化して発振波長が変動するチャーピング現象が発生する。例えば、光ディスク等のメディアに対する記録を行う場合、光源光を変調しながら記録を行うが、この際に、チャーピングにより光源光の波長が変動すると、色収差の影響で集光スポットの大きさが変化する。この現象は、光学系の分散特性が顕著になる短波長領域で特に顕著になる。   Currently, when modulating the output of a semiconductor laser, the entire laser drive current is modulated. However, when the entire driving current of the semiconductor laser is changed, a chirping phenomenon in which the oscillation wavelength varies due to a change in the temperature of the semiconductor laser due to an increase in power consumption occurs. For example, when recording on a medium such as an optical disk, recording is performed while modulating the light source light. At this time, if the wavelength of the light source light fluctuates due to chirping, the size of the focused spot changes due to the influence of chromatic aberration. To do. This phenomenon is particularly remarkable in a short wavelength region where the dispersion characteristics of the optical system are remarkable.

本実施の形態2の面発光レーザ100bは、このようなチャーピング現象を抑制する上で有効なものであり、下部電極を2つの電極部に分割した構造として、一方の電極部に注入する電流を変調することで、注入電流の変調に伴う、レーザ全体での注入電流の変動が小さくなり、チャーピングを小さく抑えることができる。   The surface emitting laser 100b according to the second embodiment is effective in suppressing such a chirping phenomenon, and has a structure in which the lower electrode is divided into two electrode portions, and the current injected into one electrode portion. By modulating, the variation of the injection current in the entire laser accompanying the modulation of the injection current is reduced, and chirping can be suppressed to a low level.

このように本実施の形態2では、下部電極60を内側電極部60aと外側電極部60bの2つに分割した構造とし、発光領域の中心から遠い外側電極部に高周波信号を重畳したレーザ駆動電圧を印加するので、面発光レーザの活性層に注入するキャリアの密度分布を、活性層内での光の強度分布に応じた分布とすることができる。   As described above, in the second embodiment, the lower electrode 60 is divided into the inner electrode portion 60a and the outer electrode portion 60b, and the laser driving voltage in which the high frequency signal is superimposed on the outer electrode portion far from the center of the light emitting region. Therefore, the density distribution of carriers injected into the active layer of the surface emitting laser can be made to be a distribution according to the light intensity distribution in the active layer.

具体的には、従来の単一構造の電極を有する面発光レーザに比べて、同じ注入電流値であっても、発光中心部分により多くのキャリアを注入することができるとともに、発光中心から遠い電極部から活性層に注入されるキャリア密度が極端に高くなる現象を緩和することができる。その結果、スロープ効率の向上により、注入キャリア密度の低減、および光出力の飽和レベルの向上を図ることができる。   Specifically, as compared with a conventional surface emitting laser having a single-structure electrode, it is possible to inject more carriers into the emission center portion even at the same injection current value, and an electrode far from the emission center. The phenomenon in which the density of carriers injected from the portion into the active layer becomes extremely high can be alleviated. As a result, by improving the slope efficiency, it is possible to reduce the injected carrier density and improve the saturation level of the optical output.

さらに、本実施の形態2の面発光レーザにおける複数に分割された電極構造による高光出力化の効果は、しきい値キャリア密度が高く、微分利得の高い窒化ガリウム系の面発光レーザにおいて特に有効である。   Furthermore, the effect of increasing the light output by the electrode structure divided into a plurality of in the surface emitting laser of the second embodiment is particularly effective in a gallium nitride surface emitting laser having a high threshold carrier density and a high differential gain. is there.

なお、本実施の形態2では、下部電極60を2分割構造としたが、下部電極はさらに細かく分割した構造としてもよい。このとき、分割された複数の電極部分は、レーザ光の発光中心の周りに実質的に均一に配置されるようにする。これにより、簡単に光強度分布の異なる活性層内でのキャリア密度を均一にすることができ、また、より安定した単一横モード動作を高出力時に実現することができる。   In the second embodiment, the lower electrode 60 has a two-divided structure, but the lower electrode may have a more finely divided structure. At this time, the plurality of divided electrode portions are arranged substantially uniformly around the emission center of the laser beam. Thereby, the carrier density in the active layers having different light intensity distributions can be made uniform easily, and more stable single transverse mode operation can be realized at high output.

また、本実施の形態2の面発光レーザは、上述したIII−V族窒化物系半導体材料からなるものに限るものではない。例えば、実施の形態2の面発光レーザの構成材料は、AlGaAs系やAlGaInP系半導体材料、あるいはZnSe系半導体材料であってもよく、このような半導体材料を用いた場合も、下部電極を複数に分割した構造により、安定した基本横モードでレーザ発振する高出力半導体レーザを実現することができる。   Further, the surface emitting laser according to the second embodiment is not limited to the one made of the above-described III-V group nitride semiconductor material. For example, the constituent material of the surface emitting laser according to the second embodiment may be an AlGaAs-based, AlGaInP-based semiconductor material, or a ZnSe-based semiconductor material. Even when such a semiconductor material is used, a plurality of lower electrodes are provided. With the divided structure, it is possible to realize a high-power semiconductor laser that performs laser oscillation in a stable fundamental transverse mode.

また、上記実施の形態1あるいは実施の形態2では、半導体基板上に形成された単一の面発光レーザについて説明したが、1つの半導体基板上には実施の形態1の面発光レーザ100aあるいは実施の形態2の面発光レーザ100bを複数形成してもよい。   In the first embodiment or the second embodiment, the single surface emitting laser formed on the semiconductor substrate has been described. However, the surface emitting laser 100a according to the first embodiment or the embodiment is formed on one semiconductor substrate. A plurality of the surface emitting lasers 100b of the second embodiment may be formed.

図5は、1つの半導体基板上に複数の面発光レーザを形成した半導体レーザ装置の具体例を示す図であり、図5(a)はその下部電極の形状を示し、図5(b)はVb−Vb断面図を示している。   FIG. 5 is a diagram showing a specific example of a semiconductor laser device in which a plurality of surface emitting lasers are formed on one semiconductor substrate. FIG. 5 (a) shows the shape of the lower electrode, and FIG. Vb-Vb sectional drawing is shown.

この半導体レーザ装置120は、図5(a)に示すように、1つの半導体基板22上に、実施の形態2の面発光レーザと同一の面発光レーザ120bを複数形成してなるものである。   As shown in FIG. 5A, the semiconductor laser device 120 is formed by forming a plurality of surface-emitting lasers 120b identical to the surface-emitting laser of the second embodiment on one semiconductor substrate 22.

具体的には、図5(b)に示すように、上記半導体基板22の表面には、活性層23及びDBR層24が積層されている。そして、半導体基板22の表面側には、DBR層24の表面側から基板内部に達する分離溝62aが形成され、該分離溝内には絶縁材料が埋め込まれ、抵抗分離領域62となっている。この分離溝62aは、縦方向及び横方向に複数形成されており、分離溝62aにより囲まれた領域上には、実施の形態2の下部電極と同様、2分割した下部電極26が配置されている。   Specifically, as shown in FIG. 5B, an active layer 23 and a DBR layer 24 are stacked on the surface of the semiconductor substrate 22. A separation groove 62 a that reaches the inside of the substrate from the surface side of the DBR layer 24 is formed on the surface side of the semiconductor substrate 22, and an insulating material is embedded in the separation groove to form a resistance separation region 62. A plurality of the separation grooves 62a are formed in the vertical direction and the horizontal direction, and the lower electrode 26 divided into two is arranged on the region surrounded by the separation grooves 62a, like the lower electrode in the second embodiment. Yes.

また、上記半導体基板22のもう一方の表面上には、該下部電極26に対向するようリング形状の上部電極25が形成され、該基板22の上部電極25の内側部分には、エッチングによる凹部29が形成されている。さらに、該上部電極25の上方には、外部ミラー21が配置されている。   Further, a ring-shaped upper electrode 25 is formed on the other surface of the semiconductor substrate 22 so as to face the lower electrode 26, and a concave portion 29 by etching is formed on an inner portion of the upper electrode 25 of the substrate 22. Is formed. Further, an external mirror 21 is disposed above the upper electrode 25.

このように面発光レーザ120bを一つの基板内に複数形成し、該隣接する面発光レーザ120bの間を抵抗分離領域62で分離することにより、高出力化を図ることが可能となり、隣接する面発光レーザ120bの間での相互の影響は抵抗分離領域62により避けることができる。   Thus, by forming a plurality of surface emitting lasers 120b in one substrate and separating the adjacent surface emitting lasers 120b by the resistance isolation region 62, it becomes possible to achieve high output, and the adjacent surfaces Mutual influence between the light emitting lasers 120 b can be avoided by the resistance isolation region 62.

(実施の形態3)
図6は、本発明の実施の形態3によるレーザ投射装置を説明する概略構成図である。
(Embodiment 3)
FIG. 6 is a schematic configuration diagram illustrating a laser projection apparatus according to Embodiment 3 of the present invention.

この実施の形態3のレーザ投射装置130は、レーザ光源131と、レーザ光源131から出たレーザ光を平行化するレンズ132と、平行化されたレーザ光を空間的に変調する空間変調器133と、変調されたレーザ光をスクリーン135上に投射する投射レンズ134とを有している。そして、本実施の形態3のレーザ投射装置130では、レーザ光源には、下部電極を複数に分割した実施の形態2の面発光レーザ100bと同一のものを用いている。また、この実施の形態3のレーザ光源である面発光レーザでは、下部電極の、分割した複数の電極部の一部の電極部から活性層に注入する電流を変調し、さらに、上記複数の電極部の一部に注入する電流にRF信号を重畳するようにしている。特に、この実施の形態の面発光レーザでは、内側電極部と外側電極部には異なる周波数の高周波信号を重畳するようにしている。   The laser projection device 130 according to the third embodiment includes a laser light source 131, a lens 132 that collimates laser light emitted from the laser light source 131, and a spatial modulator 133 that spatially modulates the collimated laser light. And a projection lens 134 that projects the modulated laser light onto the screen 135. In the laser projection device 130 according to the third embodiment, the same laser light source as the surface emitting laser 100b according to the second embodiment in which the lower electrode is divided into a plurality of parts is used. In the surface-emitting laser that is the laser light source of the third embodiment, the current injected from the partial electrode portion of the lower electrode into the active layer of the lower electrode is modulated, and further, the plurality of electrodes The RF signal is superimposed on the current injected into a part of the part. In particular, in the surface emitting laser of this embodiment, high frequency signals having different frequencies are superimposed on the inner electrode portion and the outer electrode portion.

次に作用効果について説明する。
以下、まず、このようなレーザ投射装置の一種であるレーザディスプレイに応用される半導体レーザの構成について述べる。
Next, the function and effect will be described.
Hereinafter, first, the configuration of a semiconductor laser applied to a laser display which is a kind of such a laser projection apparatus will be described.

レーザディスプレイは、RGBレーザ光を用いたディスプレイ装置であり、レーザ出力としては数100mWから数W以上の大出力が必要とされる。   The laser display is a display device using RGB laser light, and a large output of several hundred mW to several watts or more is required as a laser output.

そこで上記実施の形態1,2の面発光レーザを、上記実施の形態3のレーザ投射装置の一種であるレーザディスプレイに応用する場合について考える。   Therefore, consider a case where the surface emitting lasers of the first and second embodiments are applied to a laser display which is a kind of the laser projection apparatus of the third embodiment.

上記実施の形態1,2の面発光レーザは、以下に示す特長を有する。
第1の特長は、高出力化が容易であり、安定した単一横モード発振を行うことができることである。
The surface emitting lasers of the first and second embodiments have the following features.
The first feature is that high output is easy and stable single transverse mode oscillation can be performed.

また、第2の特長は、ビーム形状が理想的な円形に近く、このため、整形光学系を必要とすることなく、単純な光学系でレーザディスプレイ用の集光ビームを実現することができる点である。特に、上記実施の形態2の面発光レーザ100bは、高出力の光変調を実行可能なものである。   In addition, the second feature is that the beam shape is close to an ideal circle, and therefore, a converging beam for a laser display can be realized with a simple optical system without requiring a shaping optical system. It is. In particular, the surface emitting laser 100b of the second embodiment is capable of performing high-power optical modulation.

このような出力特性を有する面発光レーザをレーザディスプレイに応用することは非常に有効であるが、レーザディスプレイ用の光源として用いるためには、上述の出力特性に加えて、次の特性が要求される。   Although it is very effective to apply a surface emitting laser having such output characteristics to a laser display, in order to use it as a light source for a laser display, the following characteristics are required in addition to the above output characteristics. The

まず、波長の安定性が要求される。特に、赤色レーザにおいては、視感度の波長変化が大きいので、±1nm以下に波長変化を抑える必要がある。   First, wavelength stability is required. In particular, in a red laser, the wavelength change of the visibility is large, so it is necessary to suppress the wavelength change to ± 1 nm or less.

また、スペックルノイズを低減させるためには、コヒーレンスの低減が重要であり、波長スペクトル幅を数nmに拡大する必要がある。   Moreover, in order to reduce speckle noise, it is important to reduce coherence, and it is necessary to expand the wavelength spectrum width to several nm.

本実施の形態3では、上記2点の課題、つまり波長変化を抑制する点と、波長スペクトル幅を拡大する点は解決されたものとなっており、従来のものと比較しながら説明する。   In the third embodiment, the above two problems, that is, the point of suppressing the wavelength change and the point of expanding the wavelength spectrum width have been solved, and will be described in comparison with the conventional one.

まず、波長の安定化について述べる。
レーザ光により映像を投射する場合、レーザ出力強度を階調に合わせて変調する必要がある。このとき問題となるのが、出力強度と共に、モードの安定性と波長変化である。つまり、レーザディスプレイでは、レーザ光を100mW以上から数mW以下の値にまで変調する必要があるが、この際、レーザ波長が出力強度と共に変化する。従って従来の高出力半導体レーザでは、高出力時と低出力時とでは、駆動電流が大きく異なることから、レーザの温度の差により発振波長が大きく異なるチャーピングが発生してしまう。
First, wavelength stabilization will be described.
When an image is projected by laser light, it is necessary to modulate the laser output intensity according to the gradation. At this time, the problem is the mode stability and wavelength change as well as the output intensity. That is, in the laser display, it is necessary to modulate the laser light from 100 mW to a value of several mW or less. At this time, the laser wavelength changes with the output intensity. Therefore, in the conventional high-power semiconductor laser, the driving current differs greatly between high output and low output, so that chirping with significantly different oscillation wavelengths occurs due to the difference in laser temperature.

これに対して、本実施の形態3のレーザ投射装置130のレーザ光源である面発光レーザは、図4に示すように下部電極を複数の電極部に分割し、一部の電極部から活性層に注入する電流を変調するようにしたことで、注入電流の変化を低減させることができ、波長変動の少ない、かつ安定した変調を行うことができる。また、この面発光レーザでは、横モードの安定化により、階調度の増大化を図ることができる。   On the other hand, in the surface emitting laser that is the laser light source of the laser projection device 130 according to the third embodiment, the lower electrode is divided into a plurality of electrode portions as shown in FIG. By modulating the current injected into the substrate, changes in the injected current can be reduced, and stable modulation can be performed with little wavelength fluctuation. Further, in this surface emitting laser, the gradation can be increased by stabilizing the transverse mode.

次に、スペックルノイズを低減させるための波長スペクトル幅の拡大について述べる。
レーザディスプレイ光源としては、高出力特性を必要とするため、平均出力を100mW以上に保った状態で高周波重畳を行うことが必要となる。
Next, expansion of the wavelength spectrum width for reducing speckle noise will be described.
Since a laser display light source requires high output characteristics, it is necessary to perform high-frequency superposition while maintaining an average output at 100 mW or more.

従って、従来の半導体レーザでは、数100mAの電流を注入した状態で高周波重畳を行う必要があり、数100mAの電流振幅をもった高周波信号を印加するハイパワーの高周波回路が必要であった。しかしながら、非常に大きな消費電力が必要となるため、消費電力の低減化、および外部放射の低減化が問題となる。   Therefore, in the conventional semiconductor laser, it is necessary to perform high-frequency superimposition while injecting a current of several hundred mA, and a high-power high-frequency circuit for applying a high-frequency signal having a current amplitude of several hundred mA is required. However, since very large power consumption is required, reduction of power consumption and reduction of external radiation are problems.

これに対し、本実施の形態3のレーザ光源としての面発光レーザでは、分割した複数の電極部の一部に注入する電流にRF信号を重畳することにより、RF電流を低減することができるとともに、活性層の、発光領域の中心から離れた部分では、電流密度を低減でき、これにより注入電流を低減することができる。その結果、注入電流に依存する、重畳するRF信号の振幅を大幅に低減することが可能となり、システムの簡易化、小型化、低消費電力化を実現することができる。   In contrast, in the surface emitting laser as the laser light source according to the third embodiment, the RF current can be reduced by superimposing the RF signal on the current injected into a part of the plurality of divided electrode portions. In the portion of the active layer that is away from the center of the light emitting region, the current density can be reduced, thereby reducing the injection current. As a result, the amplitude of the superimposed RF signal that depends on the injected current can be greatly reduced, and the system can be simplified, reduced in size, and reduced in power consumption.

次に、コヒーレンスのさらなる低減によるスペックルノイズの防止について説明する。
コヒーレンスの低下は、スペクトル幅の拡大に比例するため、スペクトル幅を大きく広げると、よりスペックルノイズを低減することができる。これを実現するためには、半導体レーザの駆動電流に重畳する高周波電流のパワーを増大することが有効であるが、該重畳する高周波電流のパワー増大によるスペクトル幅の拡大は、波長で数nm程度に限られる。
Next, prevention of speckle noise by further reducing coherence will be described.
Since the decrease in coherence is proportional to the expansion of the spectrum width, the speckle noise can be further reduced if the spectrum width is greatly increased. In order to realize this, it is effective to increase the power of the high-frequency current superimposed on the driving current of the semiconductor laser, but the spectral width expansion due to the power increase of the superimposed high-frequency current is about several nm in wavelength. Limited to.

そこで、本実施の形態3のレーザ光源としての面発光レーザでは、スペクトル幅がさらに拡大するよう、分割した内側電極部と外側電極部には異なる周波数の高周波信号を印加するようにしている。   Therefore, in the surface emitting laser as the laser light source of the third embodiment, high-frequency signals with different frequencies are applied to the divided inner electrode portion and outer electrode portion so that the spectrum width is further expanded.

例えば、内側電極部と外側電極部の一方に、500MHzの高周波信号を印加し、その他方に400MHzの高周波信号を印加すると、各電極部からの注入電流による発振状態の相対的な乱れが大きくなり、スペクトル幅の広がりが大きくなる。このとき、スペクトル幅の増大は周波数依存性があるが、スペクトル幅の増大量を、一つの電極に高周波信号を印加する場合に比べて、1.2〜1.5倍に高めることができる。   For example, if a high frequency signal of 500 MHz is applied to one of the inner electrode portion and the outer electrode portion and a high frequency signal of 400 MHz is applied to the other, the relative disturbance of the oscillation state due to the injected current from each electrode portion increases. The spread of the spectrum width is increased. At this time, although the increase in the spectrum width is frequency-dependent, the amount of increase in the spectrum width can be increased by 1.2 to 1.5 times compared to the case where a high frequency signal is applied to one electrode.

本実施の形態3のレーザ投射装置130で用いる、実施の形態2の面発光レーザの分割電極構造は、100mW以上の高出力光のコヒーレンス低減に特に有効である。   The split electrode structure of the surface emitting laser according to the second embodiment used in the laser projection device 130 according to the third embodiment is particularly effective for reducing the coherence of high output light of 100 mW or more.

また、本実施の形態3のレーザ投射装置で用いる面発光レーザでは、過飽和吸収を利用した自励発振により発振波長を変動させて、スペックルノイズを低減することが可能である。なお、自励発振は、半導体レーザに直流電流を流しているにもかかわらず、パルス状にレーザ光を放出している発振状態である。   Further, in the surface emitting laser used in the laser projection apparatus of the third embodiment, it is possible to reduce speckle noise by changing the oscillation wavelength by self-excited oscillation using supersaturated absorption. The self-excited oscillation is an oscillation state in which laser light is emitted in a pulsed manner despite a direct current flowing through the semiconductor laser.

つまり、自励発振は過飽和吸収を利用するため、高出力半導体レーザに適用することは難しかったが、この実施の形態3のレーザ投射装置で用いる面発光レーザは、下部電極を内側電極部と外側電極部とに2分割した構造となっているため、活性層における、注入電流密度を小さくするようにしている下部電極の周辺に対応する部分に、過飽和吸収体を設けることにより、高出力面発光レーザにおいて、過飽和吸収を利用した自励発振によりスペックルノイズを低減することが可能となる。   That is, since self-excited oscillation uses supersaturated absorption, it was difficult to apply it to a high-power semiconductor laser. However, the surface emitting laser used in the laser projection apparatus of Embodiment 3 has a lower electrode that is connected to an inner electrode portion and an outer electrode. Since it has a structure divided into two parts with the electrode part, high output surface emission can be achieved by providing a saturable absorber in the part of the active layer corresponding to the periphery of the lower electrode where the injection current density is reduced. In the laser, speckle noise can be reduced by self-excited oscillation using supersaturated absorption.

このように本実施の形態3では、レーザ投射装置のレーザ光源として、実施の形態2と同様、下部電極を内側電極部と外側電極部に2分割した構造の面発光レーザを用いたので、活性層に注入される電流の密度を、活性層内での光強度分布に整合したものとすることができ、しかも活性層の、発光領域の中心から離れた部分では、電流密度を低減できるため、注入電流を低減することができる。   As described above, in the third embodiment, as the laser light source of the laser projection apparatus, a surface emitting laser having a structure in which the lower electrode is divided into the inner electrode portion and the outer electrode portion is used as in the second embodiment. The density of current injected into the layer can be matched to the light intensity distribution in the active layer, and the current density can be reduced in the portion of the active layer away from the center of the light emitting region, The injection current can be reduced.

また、本実施の形態3では、分割した複数の電極の一部から活性層に注入する電流にRF信号を重畳することにより、RF電流を低減することができる。
その結果、レーザ投射装置の簡易化、小型化、低消費電力化を実現することができる。
In the third embodiment, the RF current can be reduced by superimposing the RF signal on the current injected into the active layer from some of the divided electrodes.
As a result, it is possible to realize simplification, miniaturization, and low power consumption of the laser projection apparatus.

(実施の形態4)
図7は、本発明の実施の形態4による面発光レーザを説明する図であり、面発光レーザの断面構造を示している。なお、図7中、図1と同一符号は、実施の形態1の面発光レーザにおけるものと同一のものである。
(Embodiment 4)
FIG. 7 is a diagram for explaining a surface emitting laser according to Embodiment 4 of the present invention, and shows a cross-sectional structure of the surface emitting laser. In FIG. 7, the same reference numerals as those in FIG. 1 are the same as those in the surface emitting laser according to the first embodiment.

この実施の形態4の面発光レーザ100dは、上記実施の形態1の面発光レーザ100aにおける外部ミラー1に代えて、その両面を凹面形状とした外部ミラー10を備えたものである。   The surface emitting laser 100d according to the fourth embodiment includes an external mirror 10 having concave surfaces on both sides, instead of the external mirror 1 in the surface emitting laser 100a according to the first embodiment.

次に作用効果について説明する。
面発光レーザは、出射光の広がり角が小さくファイバー等の光学系との結合が容易なものである。しかしながら、外部のレンズ等を用いたバルク光学系の小型化には、面発光レーザの、出射光の広がり角が小さいという特性は好ましくない。これは、面発光レーザからの出射光をレンズ系によりコリメートあるいは集光する場合、レンズの有効径まで光を広げるのに必要な距離が長くなってしまうからである。
Next, the function and effect will be described.
A surface emitting laser has a small divergence angle of emitted light and can be easily coupled to an optical system such as a fiber. However, in order to reduce the size of the bulk optical system using an external lens or the like, the characteristic that the spread angle of the emitted light is small is not preferable. This is because when the emitted light from the surface emitting laser is collimated or condensed by the lens system, the distance required to spread the light to the effective diameter of the lens becomes long.

これに対し、本実施の形態4の面発光レーザ100dは、図7に示すように、外部ミラー10の両面を凹面形状として、出射光8の広がり角を大きくしたものである。従って、この実施の形態4の面発光レーザ100dは、その出射光がレンズの有効径まで広がるのに必要な距離は短いものであり、バルク光学系の小型化に有効なものである。   On the other hand, as shown in FIG. 7, the surface emitting laser 100d according to the fourth embodiment is configured such that both surfaces of the external mirror 10 are concave and the spread angle of the outgoing light 8 is increased. Therefore, the surface-emitting laser 100d according to the fourth embodiment has a short distance required for the emitted light to spread to the effective diameter of the lens, and is effective for reducing the size of the bulk optical system.

(実施の形態5)
図8は、本発明の実施の形態5によるレーザモジュールの一例を示す図であり、図8(a)は側面図、図8(b)は平面図である。
(Embodiment 5)
8A and 8B are diagrams showing an example of a laser module according to Embodiment 5 of the present invention, in which FIG. 8A is a side view and FIG. 8B is a plan view.

この実施の形態5のレーザモジュール150は、レーザディスプレイへの応用を目的とした小型のRGB光源として有用なものである。   The laser module 150 of the fifth embodiment is useful as a small RGB light source for application to a laser display.

このレーザモジュール150は、パッケージに面発光レーザを実装してなるものであり、パッケージのベース部材151上に3つの面発光レーザ101〜103が取り付けられている。該ベース部材151の裏面が放熱面となっており、また、このベース部材151の裏面側には、面発光レーザ101,102,103のリード端子101a,102a,103aが取り出されている。   This laser module 150 is formed by mounting a surface emitting laser on a package, and three surface emitting lasers 101 to 103 are mounted on a base member 151 of the package. The back surface of the base member 151 is a heat radiating surface, and the lead terminals 101a, 102a, and 103a of the surface emitting lasers 101, 102, and 103 are taken out from the back surface side of the base member 151.

ここで、各面発光レーザ101〜103は、実施の形態1ないし4のいずれかで説明した面発光レーザと同一の構成を有しており、面発光レーザ101は赤色面発光レーザ、面発光レーザ102は緑色面発光レーザ、面発光レーザ103は青色面発光レーザである。そして、上記ベース部材151上のこれら3つの面発光レーザは、パッケージの中心をその中心とする1つの円周上に等間隔で配置されている。   Here, each of the surface emitting lasers 101 to 103 has the same configuration as the surface emitting laser described in any of Embodiments 1 to 4, and the surface emitting laser 101 is a red surface emitting laser or a surface emitting laser. Reference numeral 102 denotes a green surface emitting laser, and the surface emitting laser 103 is a blue surface emitting laser. These three surface-emitting lasers on the base member 151 are arranged at equal intervals on one circumference with the center of the package as the center.

次に作用効果について説明する。
小型のレーザディスプレイを実現するには、光源の小型化が必須である。これを実現するには、上記実施の形態1ないし4で説明した面発光レーザを光源として用いるのが有効である。
Next, the function and effect will be described.
To realize a small laser display, it is essential to reduce the size of the light source. In order to realize this, it is effective to use the surface emitting laser described in the first to fourth embodiments as a light source.

上記実施の形態1ないし4で挙げた面発光レーザは、外部ミラーを有しているため、その高出力化が可能となる。また、これらの面発光レーザは、下部電極近傍に位置する活性層を有しているため、放熱特性に優れ、高出力を発生する上で有利なものである。また、面発光レーザは、基板側端面での光のパワー密度が低いため、端面劣化が無く、信頼性に優れている等の特徴を有する。特に、上記実施の形態2の面発光レーザは、電極分割構造により高出力特性を飛躍的に向上できることでも優位性が得られるものである。   Since the surface emitting lasers mentioned in the first to fourth embodiments have an external mirror, the output can be increased. In addition, these surface emitting lasers have an active layer located in the vicinity of the lower electrode, and therefore have excellent heat dissipation characteristics and are advantageous in generating high output. Further, the surface emitting laser has characteristics such as no deterioration of the end face and excellent reliability because the light power density at the end face on the substrate side is low. In particular, the surface emitting laser according to the second embodiment is advantageous in that the high output characteristics can be dramatically improved by the electrode division structure.

さらに、面発光レーザは、モジュール化した多波長集積化光源を実現するのに有効である。具体的には、面発光レーザは、底面放熱、つまり、レーザ光の出射面とは反対側の面からの放熱ができるため、図8に示すように、異なる面発光レーザを単一パッケージに実装する場合、パッケージ構造が非常に単純となり低コスト化が図れる。また、レーザモジュールである多波長集積化光源では、放熱はパッケージ裏面から行うことができ、レーザ出力はパッケージ前面から取り出すことができる。   Furthermore, the surface emitting laser is effective for realizing a modularized multi-wavelength integrated light source. Specifically, the surface-emitting laser can dissipate the bottom surface, that is, dissipate from the surface opposite to the laser light emission surface, so that different surface-emitting lasers are mounted in a single package as shown in FIG. In this case, the package structure becomes very simple and the cost can be reduced. Further, in the multi-wavelength integrated light source that is a laser module, heat radiation can be performed from the back surface of the package, and laser output can be extracted from the front surface of the package.

このように本実施の形態5では、上記いずれかの実施の形態で挙げた面発光レーザと同一構成を有する、赤色、緑色、及び青色の3つの面発光レーザ101,102,103をパッケージ内に実装してレーザモジュールを構成したので、小型の集積光源を得ることが可能となり、その結果、超小型のレーザ照射装置を実現することができる。   As described above, in the fifth embodiment, the three surface emitting lasers 101, 102, 103 of red, green, and blue having the same configuration as the surface emitting laser described in any of the above embodiments are included in the package. Since the laser module is configured by mounting, a small integrated light source can be obtained, and as a result, an ultra-small laser irradiation apparatus can be realized.

なお、上記実施の形態5では、面発光レーザをパッケージに実装してなるレーザモジュールとして、3波長のレーザ光を出力する多波長光源を示したが、多波長光源は、2つの波長を備えたものであっても、4つ以上の波長を備えたものであってもよい。   In the fifth embodiment, a multi-wavelength light source that outputs three wavelengths of laser light is shown as a laser module in which a surface emitting laser is mounted on a package. However, the multi-wavelength light source has two wavelengths. Even a thing with four or more wavelengths may be sufficient.

また、上記レーザモジュールを構成する面発光レーザの個数や、パッケージ内での面発光レーザの配置は、上記実施の形態5のものに限るものではない。   Further, the number of surface emitting lasers constituting the laser module and the arrangement of the surface emitting lasers in the package are not limited to those of the fifth embodiment.

図9は、上記実施の形態5のレーザモジュールにおける面発光レーザの個数や配置を変更したものを示す図であり、図9(a)は側面図、図9(b)は平面図である。   FIGS. 9A and 9B are diagrams showing a modification of the number and arrangement of surface emitting lasers in the laser module of the fifth embodiment. FIG. 9A is a side view and FIG. 9B is a plan view.

図9に示すレーザモジュール150aは、図8に示すレーザモジュール150と同様、RGB3波長のレーザ光源を実現したものである。   A laser module 150a shown in FIG. 9 realizes an RGB three-wavelength laser light source, similar to the laser module 150 shown in FIG.

このレーザモジュール150aは、パッケージに4つの面発光レーザを実装してなるものであり、パッケージのベース部材151の中央部には、2つの緑色面発光レーザ106及び107が、パッケージ中心を通る1つの軸線上に位置するよう、近接させて配置されている。また、パッケージ中心を通る、上記軸線と直交するもう1つの軸線上には、上記2つの緑色面発光レーザを挟むよう、赤色面発光レーザ104と青色面発光レーザ105とが配置されている。ここで、上記各面発光レーザは、実施の形態1ないし4のいずれかの面発光レーザと同一構成を有しており、ベース部材上での4つの面発光レーザの配置は、パッケージ中心に対して対称な配置となっている。   This laser module 150a is formed by mounting four surface emitting lasers on a package, and two green surface emitting lasers 106 and 107 are provided at the center of a package base member 151. It arrange | positions so that it may be located on an axis line. A red surface emitting laser 104 and a blue surface emitting laser 105 are arranged on another axis passing through the center of the package and perpendicular to the axis so as to sandwich the two green surface emitting lasers. Here, each of the surface emitting lasers has the same configuration as any of the surface emitting lasers of the first to fourth embodiments, and the arrangement of the four surface emitting lasers on the base member is relative to the center of the package. Are symmetrically arranged.

なお、上記ベース部材151の裏面は放熱面となっており、また、このベース部材151の裏面側には、面発光レーザ104,105,106,107のリード端子104a,105a,106a,107aが取り出されている。   The back surface of the base member 151 is a heat dissipation surface, and the lead terminals 104a, 105a, 106a, and 107a of the surface emitting lasers 104, 105, 106, and 107 are taken out from the back surface side of the base member 151. It is.

このような赤色、緑色、青色の3波長レーザ光を発生するRGB光源としてのレーザモジュールでは、それぞれの色の面発光レーザの配置が重要である。つまり、面発光レーザによりRGB光源を実現する場合、特に高出力化が難しいのが緑色光源である。緑色光源は、通常ZnSeレーザ材料により実現されているが、高出力時に寿命が低下する。このため比較的低出力で使用する必要がある。   In a laser module as an RGB light source that generates such red, green, and blue three-wavelength laser beams, the arrangement of the surface emitting lasers of the respective colors is important. That is, when an RGB light source is realized by a surface emitting laser, a green light source is particularly difficult to achieve high output. The green light source is usually realized by a ZnSe laser material, but its lifetime is reduced at high output. For this reason, it must be used at a relatively low output.

そこで、図9に示すレーザモジュール150では、図9(b)に示すように、緑色面発光レーザ104及び105は2つ使用し、これらを近接させて配置するとともに、これらの緑色面発光レーザの両側に赤色面発光レーザ106と青色面発光レーザ107を配置している。これによりレーザ光源の高出力化と長寿命化を実現することができる。   Therefore, in the laser module 150 shown in FIG. 9, as shown in FIG. 9B, two green surface emitting lasers 104 and 105 are used and arranged close to each other, and the green surface emitting lasers of these green surface emitting lasers are arranged. A red surface emitting laser 106 and a blue surface emitting laser 107 are disposed on both sides. As a result, high output and long life of the laser light source can be realized.

さらに、RGB光源である、図8に示す実施の形態5のレーザモジュール150や、レーザモジュール150における面発光レーザの個数や配置を変更したレーザモジュール150aは、液晶パネル、またはDLP(デジタル・ライト・プロセッシング)で用いるDMD(デジタル・マイクロミラー・デバイス)等の2次元空間変調素子と組み合わることにより、RGB光源から出た光を2次元空間変調素子で変調し、その像を投射するレーザ照射装置を実現することができ、レーザディスプレイへ応用することができる。   Further, the laser module 150 according to the fifth embodiment shown in FIG. 8 that is an RGB light source and the laser module 150a in which the number and arrangement of the surface emitting lasers in the laser module 150 are changed include a liquid crystal panel or a DLP (digital light Laser irradiation device that modulates the light emitted from the RGB light source with a two-dimensional spatial modulation element and projects the image by combining it with a two-dimensional spatial modulation element such as DMD (digital micromirror device) used in processing And can be applied to a laser display.

(実施の形態6)
図10は本発明の実施の形態6による半導体レーザ装置を説明する図である。
(Embodiment 6)
FIG. 10 is a diagram for explaining a semiconductor laser device according to a sixth embodiment of the present invention.

この半導体レーザ装置160は、レーザ光を面発光する面発光レーザと、該面発光レーザの共振器内に配置され、該面発光レーザからのレーザ光を波長変換する波長変換素子161とを備えている。   The semiconductor laser device 160 includes a surface emitting laser that emits surface light from a laser beam, and a wavelength conversion element 161 that is disposed in a resonator of the surface emitting laser and converts the wavelength of the laser light from the surface emitting laser. Yes.

ここで、面発光レーザは、実施の形態1の面発光レーザ100aと同一の構成となっている。但し、この半導体レーザ装置における面発光レーザは、実施の形態1の面発光レーザに限らず、実施の形態2ないし4のいずれかで説明した面発光レーザであってもよい。   Here, the surface emitting laser has the same configuration as the surface emitting laser 100a of the first embodiment. However, the surface emitting laser in this semiconductor laser device is not limited to the surface emitting laser of the first embodiment, and may be the surface emitting laser described in any of the second to fourth embodiments.

また、上記波長変換素子161は、上記共振器を構成する外部ミラー1と、半導体基板2a上に形成された活性層3との間に配置された非線形光学結晶部材からなる。   The wavelength converting element 161 is made of a nonlinear optical crystal member disposed between the external mirror 1 constituting the resonator and the active layer 3 formed on the semiconductor substrate 2a.

ここで、非線形光学結晶材料としては、KTiOPO4や分極反転MgOLiNbO3が好ましい。特に、分極反転MgOLiNbO3は、非線形定数が大きいため、波長変換素子の素子長を短くすることができ、外部ミラーとの距離が比較的短い共振器に挿入するのには都合が良い。 Here, as the nonlinear optical crystal material, KTiOPO 4 or polarization inversion MgOLiNbO 3 is preferable. In particular, since the polarization inversion MgOLiNbO 3 has a large nonlinear constant, the element length of the wavelength conversion element can be shortened, which is convenient for insertion into a resonator having a relatively short distance from the external mirror.

次に作用効果について説明する。
この実施の形態6の半導体レーザ装置160は、面発光レーザで発生されたレーザ光を、上記波長変換素子161により波長変換することにより、短波長のレーザ光を出力可能なものである。
Next, the function and effect will be described.
The semiconductor laser device 160 according to the sixth embodiment can output laser light having a short wavelength by converting the wavelength of laser light generated by a surface emitting laser by the wavelength conversion element 161.

以下、本実施の形態の半導体レーザ装置160の特長について簡単に説明する。   Hereinafter, features of the semiconductor laser device 160 of the present embodiment will be briefly described.

波長変換素子は、一般に変換可能な波長許容度が狭いものであるため、レーザ発振する基本波の波長および横モードの安定性は波長変換効率に大きく影響する。また、通常の面発光レーザでは、横モードのシングルモード性が劣化または変化すると、変換効率が大幅に低下または変動するという問題点があった、   Since the wavelength conversion element generally has a narrow convertible wavelength tolerance, the wavelength of the fundamental wave that causes laser oscillation and the stability of the transverse mode greatly affect the wavelength conversion efficiency. In addition, in a normal surface emitting laser, when the single mode property of the transverse mode is deteriorated or changed, there is a problem that the conversion efficiency is greatly reduced or changed.

これに対し、本実施の形態6の半導体レーザ装置では優れた安定性と高効率化が実現可能である。   In contrast, the semiconductor laser device of the sixth embodiment can achieve excellent stability and high efficiency.

つまり、共振器内に波長変換素子を構成する非線形光学結晶部材を配置しているため、非線形光学結晶部材に入射する光のパワー密度が高くなり、波長変換素子での高効率変換が可能となる。   That is, since the nonlinear optical crystal member constituting the wavelength conversion element is arranged in the resonator, the power density of light incident on the nonlinear optical crystal member is increased, and high-efficiency conversion by the wavelength conversion element is possible. .

なお、上記実施の形態6では、面発光レーザと波長変換素子とを組み合わせた半導体レーザ装置として、波長変換素子を面発光レーザの共振器内に配置したものを示したが、波長変換素子は、共振器の外部に配置してもよい。   In the sixth embodiment, the semiconductor laser device in which the surface emitting laser and the wavelength conversion element are combined has been shown in which the wavelength conversion element is disposed in the resonator of the surface emitting laser. You may arrange | position outside a resonator.

図11は、上記実施の形態6の半導体レーザ装置における波長変換素子の配置を変更したものを示す図である。   FIG. 11 is a diagram showing a modified arrangement of wavelength conversion elements in the semiconductor laser device of the sixth embodiment.

図11に示す半導体レーザ装置160aは、波長変換素子161aを共振器の外部に配置したものであり、その他の構成は、上記実施の形態6の半導体レーザ160と同一である。   A semiconductor laser device 160a shown in FIG. 11 has a wavelength conversion element 161a arranged outside the resonator, and the other configuration is the same as that of the semiconductor laser 160 of the sixth embodiment.

また、図10及び図11に示す半導体レーザ装置における波長変換素子としては、導波路型の素子であっても、またはバルク型の素子であってもよい。   Further, the wavelength conversion element in the semiconductor laser device shown in FIGS. 10 and 11 may be a waveguide type element or a bulk type element.

但し、波長変換素子における変換効率は基本波の集光特性に大きく依存するため、横モードのシングル化が重要である。従って、面発光レーザの出力光を波長変換して短波長光を出力する半導体レーザ装置は、上記実施の形態6で示したように、横モードを単一モードに制御可能であって、高出力の波長変換を実行可能とする必要がある。   However, since the conversion efficiency in the wavelength conversion element largely depends on the condensing characteristic of the fundamental wave, it is important to use a single transverse mode. Therefore, the semiconductor laser device that outputs the short wavelength light by converting the wavelength of the output light of the surface emitting laser can control the transverse mode to a single mode as shown in the sixth embodiment, and has a high output. It is necessary to be able to perform wavelength conversion.

(実施の形態7)
図12は、本発明の実施の形態7によるレーザ投射装置を説明する概略構成図である。
(Embodiment 7)
FIG. 12 is a schematic configuration diagram illustrating a laser projection apparatus according to the seventh embodiment of the present invention.

この実施の形態7のレーザ投射装置170は、レーザ光源171と、レーザ光源171から出たレーザ光をスクリーン173上に投射する投射光学系172とを有している。そして、本実施の形態7のレーザ投射装置170では、レーザ光源として、実施の形態2の面発光レーザ100bと同一構成のものを用いている。但し、レーザ投射装置170のレーザ光源として用いる面発光レーザは、実施の形態2のものに限らず、その他の実施の形態で示したものでもよい。   The laser projection apparatus 170 according to the seventh embodiment includes a laser light source 171 and a projection optical system 172 that projects laser light emitted from the laser light source 171 onto a screen 173. And in the laser projection apparatus 170 of this Embodiment 7, the thing of the same structure as the surface emitting laser 100b of Embodiment 2 is used as a laser light source. However, the surface emitting laser used as the laser light source of the laser projection device 170 is not limited to that of the second embodiment, but may be those shown in other embodiments.

以下、このようなレーザ投射装置の一種であるレーザディスプレイについて述べる。   Hereinafter, a laser display which is a kind of such a laser projection apparatus will be described.

レーザディスプレイは、RGB光源および投射光学系からなり、レーザ光源からの光を投射光学系によりスクリーン等へ投射することにより、フルカラーの映像を投射するものである。投影方式としては、外部のスクリーンや壁などの投射体に投射し、その反射光を見るタイプと、背面投射型としてスクリーンの背面から光を照射して反射光を見るタイプに分類されるが、いずれの場合にも、スクリーン等で散乱された光によって、色を認識している。   The laser display is composed of an RGB light source and a projection optical system, and projects a full-color image by projecting light from the laser light source onto a screen or the like by the projection optical system. As a projection method, it is classified into a type of projecting on a projection body such as an external screen or a wall and viewing the reflected light, and a type of irradiating light from the back of the screen as a rear projection type and viewing the reflected light. In either case, the color is recognized by the light scattered by the screen or the like.

しかしながら、従来のレーザディスプレイにおいて、コヒーレンスの高い半導体レーザを利用する場合、スクリーンで散乱された光が干渉してスペックルノイズを発生するという問題が発生する。スペックルノイズを低減する有効な方法としては、レーザ光のコヒーレンスを低減する方法がある。レーザ光のコヒーレンス低減には、縦モードをマルチモード化するのが有効で、特に縦モードのスペクトル幅を拡大することで、スペックルノイズは大幅に低減することができる。   However, when a conventional laser display uses a semiconductor laser with high coherence, there is a problem in that speckle noise is generated due to interference of light scattered by the screen. As an effective method for reducing speckle noise, there is a method for reducing the coherence of laser light. In order to reduce the coherence of the laser light, it is effective to make the longitudinal mode multi-mode. In particular, the speckle noise can be greatly reduced by expanding the spectrum width of the longitudinal mode.

本実施の形態7のレーザ投射装置のレーザ光源として用いる面発光レーザでは、上記実施の形態2で示したように、分割された複数の電極部の一部に高周波信号を重畳することで、スペクトル幅を拡大し、コヒーレンスを低減することが可能となる。スペックルノイズを低減するには、縦モードスペクトル幅を波長で1nm以上、さらに望ましくは5nm程度以上に拡大することが必要とされる。   In the surface emitting laser used as the laser light source of the laser projection apparatus of the seventh embodiment, as shown in the second embodiment, the spectrum is obtained by superimposing a high-frequency signal on a part of the plurality of divided electrode portions. The width can be increased and the coherence can be reduced. In order to reduce speckle noise, it is necessary to expand the longitudinal mode spectrum width in terms of wavelength to 1 nm or more, and more desirably to about 5 nm or more.

また、異なる電極部に異なる周波数の高周波信号を印加する方法を利用することにより、縦モードスペクトル幅のさらなる拡大が可能となる。   Further, the longitudinal mode spectrum width can be further expanded by using a method of applying high-frequency signals having different frequencies to different electrode portions.

レーザディスプレイに使用する波長と視感度の関係より、RGB光源の発振波長が重要になる。視感度の影響で、使用する波長と必要な光強度が決まる。また色度の影響で、波長と色再現性の広さが決定される。   The oscillation wavelength of the RGB light source is important from the relationship between the wavelength used for the laser display and the visibility. The wavelength used and the required light intensity are determined by the effect of visibility. The width of wavelength and color reproducibility is determined by the influence of chromaticity.

図13に、青色光源の波長と必要な出力の関係を示す。ここでは、赤色の波長を640nm、緑色は532nmに固定したとき、スクリーン上で1000lmの明るさを実現するための、青色の波長と必要な出力の関係を示している。   FIG. 13 shows the relationship between the wavelength of the blue light source and the required output. Here, when the red wavelength is fixed at 640 nm and the green color is fixed at 532 nm, the relationship between the blue wavelength and the necessary output is shown to achieve a brightness of 1000 lm on the screen.

青色光は、波長が430nm以下になると視感度が低下するため、必要パワーが急増する。また460nm以上になると緑色の領域に近づくため、表現可能な色範囲が狭くなると同時に青色を表現するための必要パワーが増大する。同時に赤色のパワーも増大する結果となる。   The blue light has a sharp increase in required power because the visibility decreases when the wavelength is 430 nm or less. Further, when the wavelength is 460 nm or more, it approaches the green region, so that the color range that can be expressed becomes narrow and at the same time, the necessary power for expressing blue increases. At the same time, the red power increases.

一方、GaN半導体による青色面発光レーザは通常410nm近傍で高出力レーザが実現されている。この波長を長波長側にシフトさせるにはInの添加量を増大させる必要があるが、Inの添加量を増大させるとInの偏析により結晶組成が悪くなり、信頼性、高出力特性が劣化する。従って、GaNを用いた青色レーザでは波長を455nm以下に設定することが望まれる。色再現性の観点からも波長が短い青色光源を用いる方が青色領域において表現できる色の範囲が広がるため、好ましい。   On the other hand, a blue surface emitting laser using a GaN semiconductor is usually a high output laser in the vicinity of 410 nm. In order to shift this wavelength to the longer wavelength side, it is necessary to increase the amount of In added. However, if the amount of In added is increased, the crystal composition deteriorates due to segregation of In, and the reliability and high output characteristics deteriorate. . Therefore, it is desirable to set the wavelength to 455 nm or less in a blue laser using GaN. From the viewpoint of color reproducibility, it is preferable to use a blue light source having a short wavelength because the range of colors that can be expressed in the blue region is widened.

以上の観点より、青色面発光レーザの波長領域としては、430nm〜455nmの領域が好ましい。さらに好ましくは、波長領域を440〜450nmとすることが望まれる。この場合、必要パワーの低減による低消費電力化と、高い色再現性を実現できる。   From the above viewpoint, the wavelength region of the blue surface emitting laser is preferably a region of 430 nm to 455 nm. More preferably, the wavelength region is desired to be 440 to 450 nm. In this case, it is possible to realize low power consumption and high color reproducibility by reducing required power.

赤色面発光レーザはAlGaAs系半導体材料またはAlGaInP系半導体材料によって実現できる。しかしながら高出力化を実現するには、波長領域を630〜650の領域とすることが好ましい。さらに、視感度および青色光の使用波長範囲を拡大する意味からも、波長領域は640nm±5nmの範囲が最も好ましい。   The red surface emitting laser can be realized by an AlGaAs semiconductor material or an AlGaInP semiconductor material. However, in order to achieve high output, it is preferable to set the wavelength region to a region of 630 to 650. Furthermore, the wavelength region is most preferably in the range of 640 nm ± 5 nm from the viewpoint of expanding visibility and the wavelength range of blue light used.

緑色面発光レーザは、ZnSe系半導体材料により実現可能である。   The green surface emitting laser can be realized with a ZnSe-based semiconductor material.

つまり、ファブリペロー型半導体レーザにおいては導波路内の光パワー密度が高いため、ZnSe系半導体材料を用いた場合、信頼性を得るのが難しかった。しかしながら、緑色レーザを、本発明の面発光レーザの構成とすることで、結晶内での光パワー密度の低減が図れ、高信頼性が確保できる。緑色面発光レーザの色バランスを考慮した波長領域としては、510〜550nmの波長領域が必要である。但し、面発光レーザの信頼性を考慮すると、波長領域は510〜520nmの領域が望ましく、この領域において高い信頼性と高出力特性が実現できる。また、緑色面発光レーザは、GaNにInを大量にドーピングした半導体材料でも実現可能である。この場合でも波長領域としては500〜520nmの領域が望ましい。   That is, in the Fabry-Perot semiconductor laser, the optical power density in the waveguide is high, and it is difficult to obtain reliability when using a ZnSe-based semiconductor material. However, when the green laser is configured as the surface emitting laser of the present invention, the optical power density in the crystal can be reduced, and high reliability can be ensured. As a wavelength region considering the color balance of the green surface emitting laser, a wavelength region of 510 to 550 nm is necessary. However, in consideration of the reliability of the surface emitting laser, the wavelength region is desirably a region of 510 to 520 nm, and high reliability and high output characteristics can be realized in this region. The green surface emitting laser can also be realized by a semiconductor material in which GaN is doped with a large amount of In. Even in this case, a wavelength region of 500 to 520 nm is desirable.

以上のように、本発明の面発光レーザは、発光領域での光パワー密度分布によって発生するホールバーニングを抑制して、横モードの不安定化や利得の低下といった高出力特性の劣化を低減できるものであり、高出力な半導体レーザを必要とする光記録装置、光ディスプレイ装置等の光源として有用であり、またその他、レーザ加工、医用等への応用にも有用なものである。   As described above, the surface emitting laser according to the present invention can suppress hole burning caused by the optical power density distribution in the light emitting region, and can reduce deterioration of high output characteristics such as instability of the transverse mode and reduction of gain. It is useful as a light source for optical recording devices, optical display devices and the like that require high-power semiconductor lasers, and is also useful for other applications such as laser processing and medical use.

図1は本発明の実施の形態1による面発光レーザを説明する図であり、その断面構造(図(a))、下部電極の形状(図(b))、および、活性層の発光領域での光強度分布(図(c))を示している。FIG. 1 is a diagram for explaining a surface emitting laser according to Embodiment 1 of the present invention. In the cross-sectional structure (FIG. (A)), the shape of a lower electrode (FIG. (B)), and the light emitting region of an active layer. 2 shows the light intensity distribution (FIG. 2C). 図2は上記実施の形態1の面発光レーザにおける下部電極形状の他の例(図(a)、図(b))を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing another example of the shape of the lower electrode in the surface emitting laser of the first embodiment (FIGS. (A) and (b)). 図3は上記実施の形態1の面発光レーザにおける下部電極構造の他の例(図(a)、図(b))を示す図である。FIG. 3 is a view showing another example (FIGS. (A) and (b)) of the lower electrode structure in the surface emitting laser according to the first embodiment. 図4は本発明の実施の形態2による面発光レーザを説明する図であり、その断面構造(図(a))、下部電極の形状(図(b))、および、活性層の発光領域での光強度分布(図(c))を示している。FIG. 4 is a diagram for explaining a surface emitting laser according to the second embodiment of the present invention. In the sectional structure (FIG. (A)), the shape of the lower electrode (FIG. (B)), and the light emitting region of the active layer. 2 shows the light intensity distribution (FIG. 2C). 図5は上記実施の形態2の面発光レーザの応用例を説明する平面図(図(a))及び断面図(図(b))である。FIG. 5 is a plan view (FIG. 5A) and a cross-sectional view (FIG. 5B) for explaining an application example of the surface emitting laser according to the second embodiment. 図6は本発明の実施の形態3によるレーザ投射装置を説明する図である。FIG. 6 is a diagram for explaining a laser projection apparatus according to Embodiment 3 of the present invention. 図7は本発明の実施の形態4による面発光レーザを説明する図である。FIG. 7 is a view for explaining a surface emitting laser according to Embodiment 4 of the present invention. 図8は本発明の実施の形態5によるレーザモジュールの一例を説明する側面図(図(a))及び平面図(図(b))である。FIG. 8 is a side view (FIG. (A)) and a plan view (FIG. (B)) for explaining an example of a laser module according to Embodiment 5 of the present invention. 図9は上記実施の形態5に係る面発光レーザの変形例を説明する側面図(図(a))及び平面図(図(b))である。FIG. 9 is a side view (FIG. (A)) and a plan view (FIG. (B)) for explaining a modification of the surface emitting laser according to the fifth embodiment. 図10は本発明の実施の形態6による半導体レーザ装置を説明する図である。FIG. 10 is a diagram for explaining a semiconductor laser device according to a sixth embodiment of the present invention. 図11は上記実施の形態6による半導体レーザ装置の変形例を説明する図である。FIG. 11 is a diagram for explaining a modification of the semiconductor laser device according to the sixth embodiment. 図12は本発明の実施の形態7によるレーザ投射装置に必要な波長と出力の関係を示す図である。FIG. 12 is a diagram showing the relationship between the wavelength and output required for the laser projection apparatus according to the seventh embodiment of the present invention. 図13は上記実施の形態7のレーザ投射装置の出力波長を説明する図であり、青色光源波長と必要な出力との関係を示している。FIG. 13 is a diagram for explaining the output wavelength of the laser projection apparatus of the seventh embodiment, and shows the relationship between the blue light source wavelength and the required output. 図14は従来の面発光レーザの一例を示す図である。FIG. 14 is a diagram showing an example of a conventional surface emitting laser.

符号の説明Explanation of symbols

1,10,21 外部ミラー
2,2a,22 半導体基板
3,23 活性層
4,24 DBR層
5,25 上部電極
6,6a,6b,26,60,600 下部電極
7a,7b,7c,7d 微細穴
8 レーザ光
9,29 凹部
11 絶縁膜
11a,11b,11c,12a,12b 穴
26a,60a 内側電極部
26b,60b 外側電極部
61 抵抗分離部
62 絶縁分離層
62a 分離層
100a,100b,100d、200 面発光レーザ
101,106 赤色面発光レーザ
101a,102a,103a,104a,105a,106a,107a リード端子
102,104,105 緑色面発光レーザ
103,107 青色面発光レーザ
110 半導体層積層体
120,160,160a 半導体レーザ装置
130,170 レーザ投射装置
132 レンズ
133 空間変調器
134 投射レンズ
135,173 スクリーン
150,150a レーザモジュール
151 ベース部材
161,161a 波長変換素子
172 投射光学系
1, 10, 21 External mirror 2, 2a, 22 Semiconductor substrate 3, 23 Active layer 4, 24 DBR layer 5, 25 Upper electrode 6, 6a, 6b, 26, 60, 600 Lower electrode 7a, 7b, 7c, 7d Fine Hole 8 Laser beam 9, 29 Recess 11 Insulating film 11a, 11b, 11c, 12a, 12b Hole 26a, 60a Inner electrode part 26b, 60b Outer electrode part 61 Resistance separating part 62 Insulating separating layer 62a Separating layer 100a, 100b, 100d, 200 Surface emitting laser 101, 106 Red surface emitting laser 101a, 102a, 103a, 104a, 105a, 106a, 107a Lead terminal 102, 104, 105 Green surface emitting laser 103, 107 Blue surface emitting laser 110 Semiconductor layer stack 120, 160 , 160a Semiconductor laser device 130, 170 Laser projection device 132 lens 133 spatial modulator 134 a projection lens 135,173 screen 150,150a laser module 151 based member 161,161a wavelength converting element 172 projecting optical system

Claims (25)

レーザ光の面発光を行う面発光レーザであって、
半導体基板上に形成された活性層と、
前記活性層にキャリアを注入する一対の電極とを有し、
前記一対の電極は、その一方が1つの電極層からなり、該一方の電極から前記活性層への電流の注入を、該一方の電極の中心部分とその周辺部分とで異なる電流密度で行うものである、
ことを特徴とする面発光レーザ。
A surface emitting laser that performs surface emission of laser light,
An active layer formed on a semiconductor substrate;
A pair of electrodes for injecting carriers into the active layer;
One of the pair of electrodes is composed of one electrode layer, and current is injected from the one electrode into the active layer at different current densities in the central portion and the peripheral portion of the one electrode. Is,
A surface emitting laser characterized by the above.
請求項1記載の面発光レーザにおいて、
前記半導体基板上に複数の半導体層を積層してなる、前記活性層を含む半導体層積層体を有し、
前記電極層と前記半導体層積層体とが接触する面密度は、前記電極層の中心部分とその周辺部分とで異なる、
ことを特徴とする面発光レーザ。
The surface emitting laser according to claim 1, wherein
A semiconductor layer stack including the active layer, wherein a plurality of semiconductor layers are stacked on the semiconductor substrate;
The surface density at which the electrode layer and the semiconductor layer laminate are in contact with each other is different between a central portion of the electrode layer and a peripheral portion thereof.
A surface emitting laser characterized by the above.
請求項1記載の面発光レーザにおいて、
前記一方の電極は、これを構成する電極層に複数の微小穴を、前記微小穴の占有密度が該一方の電極の中心部分とその周辺部分とで異なるよう形成したものである、
ことを特徴とする面発光レーザ。
The surface emitting laser according to claim 1, wherein
The one electrode is formed by forming a plurality of micro holes in the electrode layer constituting the electrode so that the occupation density of the micro holes is different between the central portion of the one electrode and the peripheral portion thereof.
A surface emitting laser characterized by the above.
請求項1記載の面発光レーザにおいて、
前記一方の電極は、これを構成する電極層の抵抗値が該一方の電極の中心部分とその周辺部分とで異なる、
ことを特徴とする面発光レーザ。
The surface emitting laser according to claim 1, wherein
In the one electrode, the resistance value of the electrode layer constituting the electrode is different between the central portion of the one electrode and the peripheral portion thereof.
A surface emitting laser characterized by the above.
請求項1記載の面発光レーザにおいて、
前記半導体基板上に複数の半導体層を積層してなる、前記活性層を含む半導体層積層体と、
該半導体層積層体と、前記一方の電極を構成する電極層との間に形成された抵抗層とを有し、
前記抵抗層の抵抗値は、前記一方の電極の中心部に対応する部分とその周辺部に対応する部分とで異なる、
ことを特徴とする面発光レーザ。
The surface emitting laser according to claim 1, wherein
A semiconductor layer stack including the active layer, wherein a plurality of semiconductor layers are stacked on the semiconductor substrate;
Having a resistance layer formed between the semiconductor layer stack and an electrode layer constituting the one electrode;
The resistance value of the resistance layer is different between a portion corresponding to the central portion of the one electrode and a portion corresponding to the peripheral portion thereof.
A surface emitting laser characterized by the above.
請求項1記載の面発光レーザにおいて、
前記半導体基板上に複数の半導体層を積層してなる、前記活性層を含む半導体層積層体を有し、
該活性層で発生した光をレーザ発振が生ずるよう増幅する共振器は、前記半導体層積層体に含まれる反射層と、該反射層と対向するよう該半導体層積層体から離間して配置した外部ミラーとからなる、
ことを特徴とする面発光レーザ。
The surface emitting laser according to claim 1, wherein
A semiconductor layer stack including the active layer, wherein a plurality of semiconductor layers are stacked on the semiconductor substrate;
A resonator that amplifies the light generated in the active layer so that laser oscillation is generated includes a reflection layer included in the semiconductor layer stack, and an external portion disposed away from the semiconductor layer stack so as to face the reflection layer Consisting of a mirror,
A surface emitting laser characterized by the above.
請求項6記載の面発光レーザにおいて、
前記外部ミラーは、その両面を凹面形状とした一部透過ミラーである、
ことを特徴とする面発光レーザ。
The surface emitting laser according to claim 6, wherein
The external mirror is a partially transmissive mirror having concave surfaces on both sides.
A surface emitting laser characterized by the above.
請求項1記載の面発光レーザにおいて、
前記半導体基板上に複数の半導体層を積層してなる、前記活性層を含む半導体層積層体を有し、
該半導体層積層体は、前記活性層の近傍に配置され、該活性層内の過飽和キャリアを吸収する過飽和吸収体を含む、
ことを特徴とする面発光レーザ。
The surface emitting laser according to claim 1, wherein
A semiconductor layer stack including the active layer, wherein a plurality of semiconductor layers are stacked on the semiconductor substrate;
The semiconductor layer stack includes a supersaturated absorber that is disposed in the vicinity of the active layer and absorbs supersaturated carriers in the active layer.
A surface emitting laser characterized by the above.
請求項1記載の面発光レーザにおいて、
面発光されたレーザ光の発振波長が、430〜455nmの範囲内の波長である、
ことを特徴とする面発光レーザ。
The surface emitting laser according to claim 1, wherein
The oscillation wavelength of the surface-emitting laser light is a wavelength within a range of 430 to 455 nm.
A surface emitting laser characterized by the above.
請求項1記載の面発光レーザにおいて、
面発光されたレーザ光の発振波長が、630〜650nmの範囲内の波長である、
ことを特徴とする面発光レーザ。
The surface emitting laser according to claim 1, wherein
The oscillation wavelength of the surface-emitting laser light is a wavelength in the range of 630 to 650 nm.
A surface emitting laser characterized by the above.
請求項1記載の面発光レーザにおいて、
面発光されたレーザ光の発振波長が、510〜550nmの範囲内の波長である、
ことを特徴とする面発光レーザ。
The surface emitting laser according to claim 1, wherein
The oscillation wavelength of the surface-emitting laser light is a wavelength within a range of 510 to 550 nm.
A surface emitting laser characterized by the above.
請求項6記載の面発光レーザにおいて、
前記外部ミラーと前記活性層との間に配置された、レーザ光の波長を変換する非線形光学材料を有する、
ことを特徴とする面発光レーザ。
The surface emitting laser according to claim 6, wherein
A non-linear optical material that is disposed between the external mirror and the active layer and converts the wavelength of laser light;
A surface emitting laser characterized by the above.
請求項1に記載の面発光レーザにおいて、
前記半導体基板の表面上に複数の半導体層を積層してなる、前記活性層を含む半導体層積層体を有し、
前記半導体基板は、その裏面の一部を前記活性層の表面近傍までエッチングして凹部を形成したものである、
ことを特徴とする面発光レーザ。
The surface emitting laser according to claim 1, wherein
A semiconductor layer stack including the active layer formed by stacking a plurality of semiconductor layers on the surface of the semiconductor substrate;
The semiconductor substrate is formed by etching a part of the back surface to the vicinity of the surface of the active layer to form a recess.
A surface emitting laser characterized by the above.
レーザ光を出力する半導体レーザと、該半導体レーザからのレーザ光を波長変換する波長変換素子とを備えた半導体レーザ装置であって、
前記半導体レーザは、請求項1記載の面発光レーザである、
ことを特徴とする半導体レーザ装置。
A semiconductor laser device comprising: a semiconductor laser that outputs laser light; and a wavelength conversion element that converts the wavelength of the laser light from the semiconductor laser,
The semiconductor laser is a surface emitting laser according to claim 1,
A semiconductor laser device.
複数の半導体レーザを一つのパッケージ内に集積化してなるレーザモジュールであって、
前記各半導体レーザは、請求項1記載の面発光レーザである、
ことを特徴とするレーザモジュール。
A laser module in which a plurality of semiconductor lasers are integrated in one package,
Each of the semiconductor lasers is a surface emitting laser according to claim 1,
A laser module characterized by that.
請求項15記載のレーザモジュールにおいて、
前記複数の半導体レーザは、前記各半導体レーザが、中心が前記パッケージの中心と一致した正多角形の頂点に位置するよう配置されている、
ことを特徴とするレーザモジュール。
The laser module according to claim 15, wherein
The plurality of semiconductor lasers are arranged such that each semiconductor laser is positioned at the apex of a regular polygon whose center coincides with the center of the package.
A laser module characterized by that.
レーザ光を出力する半導体レーザと、該半導体レーザから出力されたレーザ光を投射する投射光学系とを備えたレーザ投射装置であって、
上記半導体レーザは、請求項1記載の面発光レーザである、
ことを特徴とするレーザ投射装置。
A laser projection apparatus comprising: a semiconductor laser that outputs laser light; and a projection optical system that projects the laser light output from the semiconductor laser,
The semiconductor laser is a surface emitting laser according to claim 1,
A laser projection apparatus characterized by that.
請求項17記載のレーザ投射装置において、
前記面発光レーザは、縦モードスペクトルがマルチモードであるレーザ光を出射する、
ことを特徴とするレーザ投射装置。
The laser projection device according to claim 17, wherein
The surface emitting laser emits laser light whose longitudinal mode spectrum is multimode,
A laser projection apparatus characterized by that.
請求項17記載のレーザ投射装置において、
前記面発光レーザは、縦モードスペクトルの実質的な幅が1nm以上広がったレーザ光を出射する、
ことを特徴とするレーザ投射装置。
The laser projection device according to claim 17, wherein
The surface emitting laser emits laser light having a substantial width of a longitudinal mode spectrum that is spread by 1 nm or more.
A laser projection apparatus characterized by that.
レーザ光の面発光を行う面発光レーザであって、
半導体基板上に形成された活性層と、
前記活性層にキャリアを注入する一対の電極とを有し、
前記一対の電極の一方は、複数の電極部分に分割したものであり、
該複数の電極部の少なくとも一つには、高周波成分を重畳したレーザ駆動電圧を印加する、
ことを特徴とする面発光レーザ。
A surface emitting laser that performs surface emission of laser light,
An active layer formed on a semiconductor substrate;
A pair of electrodes for injecting carriers into the active layer;
One of the pair of electrodes is divided into a plurality of electrode portions,
A laser driving voltage on which a high frequency component is superimposed is applied to at least one of the plurality of electrode portions.
A surface emitting laser characterized by the above.
請求項20記載の面発光レーザにおいて、
前記分割された複数の電極部分は、レーザ光の発光中心の周りに実質的に均一に配置されている、
ことを特徴とする面発光レーザ。
The surface emitting laser according to claim 20,
The plurality of divided electrode portions are arranged substantially uniformly around the emission center of the laser beam,
A surface emitting laser characterized by the above.
請求項20記載の面発光レーザにおいて、
前記各電極部分から活性層への電流の注入を、該活性層の発光中心に近い領域ほど電流密度が高くなるよう行う、
ことを特徴とする面発光レーザ。
The surface emitting laser according to claim 20,
Injecting current from each of the electrode portions into the active layer so that the current density is higher in a region closer to the emission center of the active layer,
A surface emitting laser characterized by the above.
請求項20記載の面発光レーザにおいて、
前記複数の電極部分の少なくとも一つに、変調されたレーザ駆動電圧を印加する、
ことを特徴とする面発光レーザ。
The surface emitting laser according to claim 20,
Applying a modulated laser driving voltage to at least one of the plurality of electrode portions;
A surface emitting laser characterized by the above.
請求項20記載の面発光レーザにおいて、
前記各電極部分が形成する各半導体レーザ部を、異なる注入電流で駆動する、
ことを特徴とする面発光レーザ。
The surface emitting laser according to claim 20,
Driving each semiconductor laser part formed by each electrode part with a different injection current;
A surface emitting laser characterized by the above.
請求項20に記載の面発光レーザにおいて、
前記半導体基板の表面上に複数の半導体層を積層してなる、前記活性層を含む半導体層積層体を有し、
前記半導体基板は、その裏面の一部を前記活性層の表面近傍までエッチングして凹部を形成したものである、
ことを特徴とする面発光レーザ。
The surface emitting laser according to claim 20,
A semiconductor layer stack including the active layer formed by stacking a plurality of semiconductor layers on the surface of the semiconductor substrate;
The semiconductor substrate is formed by etching a part of the back surface to the vicinity of the surface of the active layer to form a recess.
A surface emitting laser characterized by the above.
JP2005516491A 2003-12-22 2004-12-21 Surface emitting laser and laser projection apparatus Expired - Fee Related JP4680065B2 (en)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2003425601 2003-12-22
JP2003425601 2003-12-22
PCT/JP2004/019060 WO2005062434A1 (en) 2003-12-22 2004-12-21 Surface-emitting laser and laser projector

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPWO2005062434A1 true JPWO2005062434A1 (en) 2007-12-13
JP4680065B2 JP4680065B2 (en) 2011-05-11

Family

ID=34708822

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2005516491A Expired - Fee Related JP4680065B2 (en) 2003-12-22 2004-12-21 Surface emitting laser and laser projection apparatus

Country Status (7)

Country Link
US (1) US7643524B2 (en)
EP (1) EP1710877B1 (en)
JP (1) JP4680065B2 (en)
KR (1) KR101118351B1 (en)
CN (2) CN100463313C (en)
DE (1) DE602004030376D1 (en)
WO (1) WO2005062434A1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10483720B2 (en) * 2014-12-15 2019-11-19 Universite De Montpellier Laser device with a beam carrying controlled orbital angular momentum

Families Citing this family (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2006093134A1 (en) * 2005-03-01 2006-09-08 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Light source device for display device, display device and method for adjusting image of display device
JP4612043B2 (en) * 2005-03-16 2011-01-12 パナソニック株式会社 Image projection device
JP4910643B2 (en) * 2005-11-11 2012-04-04 パナソニック株式会社 Display device
US8089498B2 (en) 2006-04-28 2012-01-03 Ricoh Company, Ltd. Surface-emission laser array, optical scanning apparatus apparatus and image forming apparatus
DE102007034958A1 (en) * 2007-04-30 2008-11-06 Osram Opto Semiconductors Gmbh Beam combiner for a multicolored laser display
KR20080114391A (en) * 2007-06-27 2008-12-31 삼성전기주식회사 Display device and method using laser light sources and record media recoded program realizing the same
US8045260B2 (en) * 2008-10-22 2011-10-25 Corning Incorporated Optimized signal control in frequency-doubled laser sources
US9740019B2 (en) 2010-02-02 2017-08-22 Apple Inc. Integrated structured-light projector
GB201005696D0 (en) 2010-04-06 2010-05-19 Oclaro Technology Plc Semiconductor laser diodes
CN101881786B (en) * 2010-05-26 2012-11-14 中国科学院半导体研究所 Scanning near-field optical microscopy system based on micro-hole laser
US10054430B2 (en) 2011-08-09 2018-08-21 Apple Inc. Overlapping pattern projector
US8749796B2 (en) * 2011-08-09 2014-06-10 Primesense Ltd. Projectors of structured light
KR101827180B1 (en) 2013-06-19 2018-02-07 애플 인크. Integrated structured-light projector
JP6681694B2 (en) * 2015-10-30 2020-04-15 スタンレー電気株式会社 Surface emitting laser device
US10541514B2 (en) * 2016-02-25 2020-01-21 Ngk Insulators, Ltd. Surface-emitting device, vertical external-cavity surface-emitting laser, and method for manufacturing surface-emitting device
CN106025796A (en) * 2016-06-23 2016-10-12 中国科学院西安光学精密机械研究所 Semiconductor conic laser device
US10153614B1 (en) 2017-08-31 2018-12-11 Apple Inc. Creating arbitrary patterns on a 2-D uniform grid VCSEL array
DE102018101569A1 (en) * 2018-01-24 2019-07-25 Osram Opto Semiconductors Gmbh SURFACE-EMITTING SEMICONDUCTOR LASER CHIP
US20190237940A1 (en) 2018-01-26 2019-08-01 Lumentum Operations Llc Modified emitter array
US20210376574A1 (en) * 2018-11-07 2021-12-02 Shenzhen Raysees Technology Co., Ltd. System and method for preventing thermal induced failures in vertical cavity surface emitting laser (vcsel) array
CN112072466A (en) * 2020-09-08 2020-12-11 因林光电科技(苏州)有限公司 Semiconductor laser and preparation method thereof

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0685384A (en) * 1992-08-31 1994-03-25 Olympus Optical Co Ltd Semiconductor laser
US5343487A (en) * 1992-10-01 1994-08-30 Optical Concepts, Inc. Electrical pumping scheme for vertical-cavity surface-emitting lasers
JPH07321405A (en) * 1994-05-30 1995-12-08 Gijutsu Kenkyu Kumiai Shinjiyouhou Shiyori Kaihatsu Kiko Surface emitting semiconductor laser and its control method
JPH09199782A (en) * 1996-01-16 1997-07-31 Matsushita Electric Ind Co Ltd Semiconductor laser
JPH09260763A (en) * 1996-03-18 1997-10-03 Olympus Optical Co Ltd Semiconductor laser device
JPH11233889A (en) * 1998-02-12 1999-08-27 Agency Of Ind Science & Technol Flat type light amplifier element and manufacture thereof
JP2001502119A (en) * 1997-03-21 2001-02-13 ノバルクス・インコーポレーテッド High power laser device
JP2002185078A (en) * 2001-10-15 2002-06-28 Sony Corp Light-emitting element and its manufacturing method

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS57157576A (en) * 1981-03-23 1982-09-29 Nec Corp Semiconductor device
JP2719631B2 (en) 1988-08-17 1998-02-25 科学技術振興事業団 Method for manufacturing surface emitting semiconductor laser
JPH0770792B2 (en) 1993-02-26 1995-07-31 日本電気株式会社 Surface emitting laser and manufacturing method thereof
CN1108819A (en) * 1994-10-26 1995-09-20 欧姆龙株式会社 Semiconductor shining unit and optical device using semiconductor shining unit
US5745515A (en) * 1996-07-18 1998-04-28 Honeywell Inc. Self-limiting intrinsically eye-safe laser utilizing an increasing absorption layer
JP3551718B2 (en) * 1997-08-18 2004-08-11 富士ゼロックス株式会社 Surface emitting semiconductor laser
EP1028505B1 (en) * 1999-02-11 2002-05-22 Avalon Photonics Ltd. A vertical-cavity surface-emitting laser comprised of single laser elements arranged on a common substrate
DE19908473B4 (en) * 1999-02-26 2004-01-22 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Hall sensor with reduced offset signal
JP2002223033A (en) 2001-01-26 2002-08-09 Toshiba Corp Optical element and optical system
JP4621393B2 (en) 2001-03-27 2011-01-26 富士ゼロックス株式会社 Surface emitting semiconductor laser and method for manufacturing surface emitting semiconductor laser
JP4050028B2 (en) * 2001-09-28 2008-02-20 株式会社東芝 Surface emitting semiconductor light emitting device
JP2003324246A (en) 2002-03-01 2003-11-14 Furukawa Electric Co Ltd:The Semiconductor laser device, semiconductor laser module, optical fiber amplifier, and method for selecting semiconductor laser device
US7082152B2 (en) 2002-03-01 2006-07-25 The Furukawa Electric Co., Ltd. Semiconductor laser apparatus, semiconductor laser module, optical fiber amplifier and semiconductor laser usage determining method
US7112825B2 (en) * 2002-07-11 2006-09-26 Rohm Co., Ltd. Semiconductor light emitting device
CN100375303C (en) * 2005-10-27 2008-03-12 晶能光电(江西)有限公司 Ohm electrode containing gold germanium nickel, indium gallium aluminum nitrogen semiconductor luminous element and its manufacturing method

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0685384A (en) * 1992-08-31 1994-03-25 Olympus Optical Co Ltd Semiconductor laser
US5343487A (en) * 1992-10-01 1994-08-30 Optical Concepts, Inc. Electrical pumping scheme for vertical-cavity surface-emitting lasers
JPH07321405A (en) * 1994-05-30 1995-12-08 Gijutsu Kenkyu Kumiai Shinjiyouhou Shiyori Kaihatsu Kiko Surface emitting semiconductor laser and its control method
JPH09199782A (en) * 1996-01-16 1997-07-31 Matsushita Electric Ind Co Ltd Semiconductor laser
JPH09260763A (en) * 1996-03-18 1997-10-03 Olympus Optical Co Ltd Semiconductor laser device
JP2001502119A (en) * 1997-03-21 2001-02-13 ノバルクス・インコーポレーテッド High power laser device
JPH11233889A (en) * 1998-02-12 1999-08-27 Agency Of Ind Science & Technol Flat type light amplifier element and manufacture thereof
JP2002185078A (en) * 2001-10-15 2002-06-28 Sony Corp Light-emitting element and its manufacturing method

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10483720B2 (en) * 2014-12-15 2019-11-19 Universite De Montpellier Laser device with a beam carrying controlled orbital angular momentum

Also Published As

Publication number Publication date
CN1883092A (en) 2006-12-20
US7643524B2 (en) 2010-01-05
CN101471540A (en) 2009-07-01
WO2005062434A1 (en) 2005-07-07
JP4680065B2 (en) 2011-05-11
KR101118351B1 (en) 2012-03-13
US20080232412A1 (en) 2008-09-25
DE602004030376D1 (en) 2011-01-13
KR20060123366A (en) 2006-12-01
EP1710877B1 (en) 2010-12-01
CN101471540B (en) 2010-12-22
CN100463313C (en) 2009-02-18
EP1710877A4 (en) 2009-06-03
EP1710877A1 (en) 2006-10-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4680065B2 (en) Surface emitting laser and laser projection apparatus
JP4701086B2 (en) Semiconductor laser device and laser projection device
US7322704B2 (en) Frequency stabilized vertical extended cavity surface emitting lasers
EP1869526B1 (en) Manufacturable vertical extended cavity surface emitting laser arrays
EP1875566B1 (en) Frequency stabilized vertical extended cavity surface emitting lasers
US7357513B2 (en) System and method for driving semiconductor laser sources for displays
TWI465830B (en) Light emitting device for visual applications
JP5406858B2 (en) Semiconductor surface emitting laser and superluminescent LED with zigzag extended electrically pumped cavity
US20060023757A1 (en) Apparatus, system, and method for wavelength conversion of mode-locked extended cavity surface emitting semiconductor lasers
JPWO2007099847A1 (en) Illumination light source and laser projection apparatus
US20040228385A1 (en) Method and apparatus for generating laser radiation on the basis of semiconductors

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20071018

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20100824

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20100927

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20110105

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20110202

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

Ref document number: 4680065

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140210

Year of fee payment: 3

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees